LỜI MỞ ĐẦU Quý độc giả thân mến, trong quá trình biên dịch đề thi Olympiad quốc tế (IchO) và của các quốc gia khác, chúng tôi nhận thấy có sự chênh lệch tương đối lớn về sự cập nhật kiến thức trong cá.
Khí trong bánh - Ph ng trình tr ng thái khí
Mu i c a ammonia có th đ c tìm th y trong các công th c c a bánh g ng d ng baking soda
Baking soda, hay còn gọi là bột nở, là hợp chất của ammonium hydrogencarbonate và ammonium carbamate Trong các giáo trình hóa học, người ta thường thấy các thành phần này được đề cập Khi được đun nóng ở nhiệt độ 180°C, baking soda sẽ phân hủy, tạo ra mùi đặc trưng Phản ứng phân hủy này là sự phân hủy của ammonium hydrogencarbonate và ammonium carbamate Để tính toán, ta có thể xác định thể tích khí sinh ra từ 1 gam baking soda phân hủy ở 180°C với áp suất 1.013 bar.
H ng d n a) Ph ng trình ph n ng:
H n h p c a 1 mol ammonium hydrogencarbonate (M = 79.06 g/mol) và 1 mol ammoniumcarbamate (M = 78.08 g/mol) n ng 157.14 g và khi đun nóng gi i phóng 6 mol khí
1 g h n h p t o ra n = 6 (1/157.14) mol khí khi đun nóng
Bài 2: Ph ng trình tr ng thái khí
Phương trình trạng thái khí lý tưởng PV = nRT thường được sử dụng để tính toán trạng thái của các khí thực ở áp suất cao và nhiệt độ cao, khi mà khí thực có tính chất gần với khí lý tưởng Để tính toán chính xác hơn, van der Waals đã đưa ra phương trình trạng thái khí thực, bao gồm các điều chỉnh cho áp suất và thể tích của khí.
](V - nb) = nRT a) Gi i thích ý ngh a c a hai s h ng hi u ch nh cho áp su t a n 2
Trong bài toán này, chúng ta cần xác định áp suất khí Argon (Ar) trong một bình có thể tích 1.5 dm³ và chứa 25g khí ở nhiệt độ 30°C Nếu coi Argon là khí lý tưởng, áp suất có thể được tính bằng phương trình trạng thái khí lý tưởng Ngược lại, nếu coi Argon là khí thực, chúng ta sẽ áp dụng phương trình van der Waals để tính toán áp suất chính xác hơn.
H ng d n a) ụ ngh a c a hai s h ng hi u ch nh:
Các phân tử khí thực chiếm một phần thể tích, khác với giả thuyết khí lý tưởng coi mỗi phân tử khí là một chất điểm không có thể tích Do đó, không gian tự do của các phân tử khí thực chuyển động được xác định bởi thể tích V - nb, trong đó nb là thể tích riêng phần của n mol phân tử khí Theo lý thuyết, áp suất các khí tác động lên thành bình được tính bằng công thức: P = nRT.
Trên thực tế, các khí thực có lực hút van der Waals, dẫn đến sự khác biệt giữa áp suất khí thực tế và áp suất lý tưởng Áp suất khí thực, được đo trên thành bình, được ký hiệu là P, trong khi áp suất lý tưởng được ký hiệu là P’ Sự khác biệt này ảnh hưởng đến hành vi của khí, đặc biệt là đối với khí nitơ (N₂).
đ c g i là áp su t n i c a n mol khí th c (c ng đ c tr ng cho m c đ t ng tác h p d n gi a các phân t khí th c) b) Ph ng trình khí lý t ng có d ng PV = nRT, t đó P = nRT/V
V y n u coi Ar là khớ lý t ng P = 0.626ã0.082ã(30+273)/1.5 = 10.37 (atm)
T ph ng trình van der Waals ta cóμ
Thuy t đ ng h c ch t khí và các đ nh lu t khí
Các đ ng cong phân b t c đ εaxwell đi n hình v i 1 mol khí N2 3 giá tr nhi t đ khác nhau (100 K, 300 K, 700 K) đ c cho d i đâyμ
1) a) Xác đnh nhi t đ t ng ng v i các đ ng cong; b) V m t lí thuy t, di n tích d i các đ ng cong là b ng nhau i u này đúng hay sai?
Các đ th PV/RT vs P v i 1 mol các khí H2, NH3, CH4và Ar đ c cho d i đây
2) Xác đ nh đ ng cong t ng ng v i m i khí
Phương trình van der Waals cho 1 mol khí thực được biểu diễn là (P + a/V²)(V - b) = RT Để xác định thứ tự giá trị "a" cho các khí H2, NH3 và CH4, ta có thể so sánh như sau: H2 < NH3 < CH4.
4) M t th l n di chuy n xu ng đ sâu 20 m c a n c bi n ( = 1.03 × 10 3 kg m -3 ) r i nhanh chóng tr i lên b m t đ hít th Tính bi n thiên áp su t (theo atmosphere) khi đ n m t n c t đ sâu đó
5) Tính c n ng (Joule) c a ph i n u s giãn n t ng t đ c th c hi n b m t bi n t i nhi t đ không đ i (gi s th tích không khí trong ph i là 12 δ d i đi u ki n th ng)
Khi khí oxygen có áp suất riêng phần là 0.2 atm, quá trình hoạt động của nó diễn ra tự nhiên Để tính phần trăm oxygen trong không khí, cần xem xét thể tích mà nó có thể mang theo ở độ sâu 20 mét dưới mặt nước.
2) a) ng a: H2ν b) đ ng b: CH4ν c) đ ng c: NH3ν d) đ ng d: Ar
Nhi t và công
1) Khi m t h t ng th tích, nó h p th 52.5 J n ng l ng d ng nhi t t môi tr ng xung quanh Piston đang ho t đ ng kháng l i áp su t 0.500 atm Th tích cu i (Vf) c a h là 58.0
L Tính th tích ban đ u (Vi) c a h bi t n i n ng c a h gi m 102.5 J
Trong một bình chứa 39.1 mol helium với thể tích 876 L ở 0.0 °C và 1.00 atm, khi nhiệt độ của khí tăng lên 38.0 °C và thể tích giãn nở đến 998 L mà áp suất không đổi, ta cần tính toán các đại lượng q, w và ∆E Nhiệt dung mol của khí helium là 20.8 J/°C·mol.
Khi 1 mol H2O(g) ở 1.00 atm và 100 °C chuyển đổi thành 1 mol H2O(l) tại cùng điều kiện, thể tích của H2O(g) là 30.6 L và quá trình này giải phóng 40.66 kJ nhiệt Để tính ∆E cho 1 mol H2O(l) ở 1.00 atm và 100 °C, cần biết khối lượng riêng của H2O(l) tại điều kiện này là 0.996 g/cm³.
Th tích 1 mol n c l ng là
Nhi t và công
S ph thu c c a nhi t đ sôi c a methane vào áp su t đ c mô t b i ph ng trình kinh nghi m sau: s lg(p / bar) 3.99 433
− a) Xác đnh nhi t đ sôi c a methane áp su t 3 bar
Chênh lệch nhiệt động của methane (CH4) là 112 K với áp suất khí quyển 7.25 kJ/mol Một vật thể thể hiện sự lạnh bằng cách làm bay hơi CH4(l) Tính toán thể tích CH4(g) ở 1.000 atm cần thiết để đạt được nhiệt lượng 32.5 kJ trong quá trình chuyển đổi trạng thái.
Nhi t và công
Cho 10 L m t khí lí t ng 0 o C and 10 atm, tính th tích cu i và công th c hi n trong ba t p h p đi u ki n sau, v i áp su t cu i là 1 atm
1) Giãn n thu n nghch đ ng nhi t
2) Giãn n thu n nghch đo n nhi t
3) Giãn n đo n nhi t b t thu n ngh ch th c hi n nh sauμ Gi s áp su t gi m đ t ng t đ n 1 atm và sau đó khí giưn n đo n nhi t t i áp su t không đ i
[δ u ý là nhi t dung mol t i th tích không đ i có quan h : C R
1) Giãn n thu n nghch đ ng nhi t
Chúng ta có 100 / 22.41 = 4.461 mol, và th tích cu i cùng là
(1) Công sinh ra do khí là
2) Giãn n thu n nghch đo n nhi t
Cho quá trình đo n nhi t q = 0 và = + =E q w w w= =E nCv = −T 9141 J (6)
3) Giãn n không thu n ngh ch đo n nhi t
Do q = 0, chúng ta có: = =E w nC (T v 2 −T ) 1 (7) w = -P2(V2– V1) (8) và 3 2 nRT 2 nR 273.2 nR(T 273.2) ( )
Chu trình nhi t đ ng h c
Nh m t nguyên t c c b n c a nhi t đ ng l c h c, công th c hi n đ c b i m t máy đnh k s nh h n l ng nhi t đ c chuy n hóa vào công vi c đó
Chúng ta hãy quan sát m t chu trình nhi t đ ng l c h c c a máy, ch a 3.0 mol Chu trình g m b n b c nh sauμ
A Bμ giãn n đ ng nhi t thu n ngh ch t pA, VA(30.0 δ) đ n pB (1.70 bar),VB 800°C
B Cμ làm l nh đ ng tích xu ng 235°C
C Dμ nén đ ng nhi t thu n ngh ch VA
Để tính giá trị áp suất và thể tích tại các điểm A, B, C và D, cần phác thảo chu trình nhiệt động bằng cách sử dụng giản đồ P-V Việc này yêu cầu tính toán đúng đắn các đường cong hyperbol Ánh dương phần hình học được thể hiện bằng cách tô đen, tương ứng với phần làm việc của hệ thống.
3 Tính công c a quá trình giãn n đ ng nhi t thu n ngh ch 800°C và l ng nhi t thoát ra ngoài c a máy
Gi đnh r ng, b t đ u t đi m A, máy giãn n đo n nhi t thu n nghch đ n VB
4 Tính nhi t đ và áp su t cu i cùng c a quá trình giãn n đo n nhi t trên
Di n tích b tô đen 3) kJ kJ
Bài 8: Nguyên lý nhiệt và máy lạnh nguyên lý là một hệ thống chuyển nhiệt thành công năng Nguồn nhiệt tạo ra nhiệt là năng lượng chuyển động (năng lượng làm việc) lên nhiệt độ cao Năng lượng hoạt động sau đó sinh công trong dòng chảy khi chuyển hóa nhiệt tại bề mặt thoát nhiệt (sink) nhiệt độ thấp hơn Hoạt động của hệ thống nhiệt được biểu diễn như trong hình 1.
Các động cơ nhiệt có thể được mô hình hóa bằng các chu trình nhiệt động học Động cơ nhiệt được mô tả trong hình 2 sử dụng chất hoạt động là 1 mol khí lý tưởng Chu trình nhiệt động bắt đầu tại điểm ký hiệu '1' và di chuyển theo chiều kim đồng hồ Giá trị P và/hoặc V của mỗi điểm được cho như sau: P1 = 1.00 atm và V1 = 24.6 L; P2 = 2.00 atm; V3 = 49.2 L; P4 = 1.00 atm.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về tính hiệu suất của các biến đổi nhiệt, cụ thể là máy Carnot và chu trình Carnot Máy Carnot, được đặt theo tên của nhà khoa học Sadi Carnot, là một mô hình lý tưởng trong lĩnh vực nhiệt động học Hiệu suất của máy Carnot được định nghĩa bằng công thức (1 - T1/T2), trong đó T1 là nhiệt độ của bộ phận thoát nhiệt và T2 là nhiệt độ của nguồn nhiệt.
3) Tính hi u su t c a chu trình cho trong hình 2
M t h th ng khác hoàn thành một chu trình gồm 6 giai đoạn thu năng lượng, trong đó công thức hiện tại là 100 J Trong giai đoạn 1, hệ hấp thụ 300 J nhiệt từ một bể chứa ở 300 K; trong giai đoạn 3, hệ hấp thụ 200 J nhiệt từ một bể chứa ở 400 K; và trong giai đoạn 5, nó hấp thụ nhiệt từ một bể chứa ở nhiệt độ T3 Các giai đoạn 2, 4, 6 là các giai đoạn đo nhiệt sao cho nhiệt độ của bể chứa thay đổi đến giai đoạn tiếp theo.
4) (i) Tính bi n thiên entropy c a h đ hoàn thành chu trình; (ii) Bi t chu trình là thu n ngh ch, tính nhi t đ T3
(ii) V i chuy n hóa 2 3μ E int,23 = 7.5kJ
(iii) V i chuy n hóa 3 4μ Eint,34 = -7.48kJ
(iv) V i chuy n hóa 4 1μ Eint,41 = - 3.75kJ
Ph n ng đ t cháy nhiên li u trong xe h i
Carbon monoxide phát th i b i xe h i là hi m h a đ i v i môi tr ng M t chi c xe có đ ng c
4 cylinder (xi-lanh) v i th tích cylinder t ng 1600 cc và đ t cháy 7.0 dm 3 nhiên li u sau m i
Khi lái xe với tốc độ trung bình 80 km/h trên quãng đường 100 km, mỗi giây, mỗi xy-lanh sẽ trải qua 25 chu kỳ đốt cháy và tiêu thụ 0.400 g nhiên liệu Tỷ số nén trong động cơ, tỷ lệ giữa thể tích không nén và thể tích nén trong xy-lanh khi piston di chuyển tới và lui, là 1:8.
Tính lưu lượng không khí nạp vào động cơ (theo m³/s) khi nhiên liệu khí và không khí được đưa vào cylinder với thể tích tối đa cho đến khi áp suất đạt 101.0 kPa Nhiệt độ của không khí và nhiên liệu đưa vào là 100°C, với nhiên liệu được giả sử là isooctane (C8H18).
Không khí chứa 21.0% O2 và 79.0% N2 theo thể tích Khi nhiên liệu cháy, 10.0% carbon trong nhiên liệu chuyển hóa thành CO, trong khi N2 trong không khí vẫn giữ nguyên tính trơ Nhiên liệu được hóa hơi và không khí được nén đến thể tích nhất định trước khi đốt cháy Phương trình phản ứng tổng quát của phản ứng đốt cháy là: C8H18 + 12.1O2 → 0.8CO + 7.2CO2 + 9H2O.
2) Tính nhi t đ c a: i) các khí th i đi m nén c c đ i; và ii) khí th i r i kh i cylinder bi t áp su t cu i trong cylinder là 200 kPa
S d ng các d ki n sau cho 1 chu kì đ t cháy: chuy n CO(g) thành CO2(g), khí th i đ c d n qua m t bu ng xúc tác v i hàm công nh sauμ
Trong bài viết này, chúng ta xem xét tỉ lệ mol của CO và CO2 trong quá trình phản ứng xúc tác, được biểu diễn bằng [n(CO)/n(CO2)] là tỉ lệ mol của CO và CO2 sau khi vào buồng xúc tác Tỉ lệ mol trước khi đưa vào buồng xúc tác được ký hiệu là [n(CO)/n(CO2)]i Thông số l là dòng mol tính bằng mol/s, T đại diện cho nhiệt độ của các khí phát thải, trong khi T0 là nhiệt độ tham chiếu ở 373 K Hệ số k có giá trị là 3.141 s mol -1 Mục tiêu là tính toán dòng mol của các khí phát thải sau khi vào buồng xúc tác.
- M i liên h gi a n i n ng và enthalpy
- nh ngh a nhi t dung riêng
- S khác bi t gi a Cp và Cv (ch v i khí lí t ng)
- Enthalpy là m t hàm tr ng thái (đnh lu t Hess)
- Chu trình Born-Haber cho h p ch t ion
- Enthalpy c a dung d ch và s solvate hóa
Bài 10: Phép đo nhi t l ng và nhi t dung
Nhiệt dung riêng của bạc (Ag) là 0.24 J/g°C a) Để tính năng lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 150.0 g Ag từ 273 K lên 298 K, sử dụng công thức Q = mcΔT b) Năng lượng cần thiết để tăng nhiệt độ 1.0 mol Ag thêm 1.0°C cũng được tính bằng công thức tương tự, với nhiệt dung mol của bạc c) Khi cần 1.25 kJ năng lượng để làm nóng 1.0 g mỡ bơ từ 12.0°C lên 15.2°C, ta có thể tính nhiệt dung riêng của mỡ bơ bằng công thức Q = mcΔT.
2) 30.0 g n c 280 K đ c tr n v i 50.0 g n c 330 K Tính nhi t đ cu i (Tf) c a h n h p, gi s r ng không có s m t mát nhi t cho môi tr ng xung quanh
3) 5.00 g m u nhụm d ng viờn (nhi t dung riờng là 0.89 J/ o Cãg) và 10.00 g m u s t d ng viờn
Nhiệt độ cuối (Tf) của hỗn hợp kim loại và nước, khi nước có nhiệt dung riêng là 0.45 J/oC và được nung nóng từ 100.0 oC, sẽ được tính toán dựa trên nhiệt độ của hỗn hợp sau khi đạt được 22.0 oC Trong quá trình này, không có sự mất mát nhiệt cho môi trường xung quanh, cho phép xác định chính xác nhiệt độ cuối của hệ thống.
2) | Nhi t n c nóng m t | = | Nhi t n c l nh nh n |
Trong các bài toán đo nhiệt lượng, nhiệt độ của vật và nhiệt năng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Sự khác biệt chủ yếu là dấu (âm hay dương) Để tránh các sai sót, cần chú ý đến dấu và đảm bảo rằng tất cả các dấu đều được sử dụng chính xác trong quá trình tính toán Nhiệt dung riêng của nước được xác định là s = 4.18 J/°C = 4.18 J/K.
3) Nhi t Al m t + nhi t Fe m t = Nhi t n c nh n Gi t t c các giá tr có d u d ng đ tránh sai s v d u
Bài 11: Phép đo nhi t l ng
Trong một thí nghiệm nhiệt kế coffee-cup, 50.0 mL dung dịch AgNO3 0.100 M và 50.0 mL dung dịch HCl 0.100 M được trộn lẫn với nhau, dẫn đến phản ứng tạo thành AgCl rắn Ban đầu, nhiệt độ của hai dung dịch là 22.6 °C và nhiệt độ cuối cùng là 23.40 °C Để tính nhiệt lượng tỏa ra trong phản ứng tạo thành AgCl, ta sử dụng khối lượng dung dịch trộn lẫn là 100.0 g và nhiệt dung riêng là 4.18 J/°C·g.
Trong một thí nghiệm, 1.60 g NH4NO3 được hòa tan trong 75.0 g nước ở nhiệt độ ban đầu 25.00 °C Sau khi hòa tan, nhiệt độ của dung dịch giảm xuống còn 23.34 °C Biết rằng dung dịch có nhiệt dung riêng là 4.18 J/(°C·g) và không có sự trao đổi nhiệt với môi trường Từ đó, cần tính biến thiên enthalpy của quá trình hòa tan NH4NO3 theo đơn vị kJ/mol.
1) 50.0 × 10 -3 L × 0.100 mol/L = 5.00 × 10 -3 mol c hai dung d ch AgNO3 và HCl đư ph n ng v i nhau Do đó 5.00 × 10 -3 mol AgCl s đ c t o thành b i t l mol các ch t ph n ng là 1:1
| nhi t các hóa ch t m t | = | nhi t n c nh n |
Nhi t m t = 330 J, đây là nhi t gi i phóng (ph n ng t a nhi t) khi 5.00 × 10 -3 mol AgCl đ c t o thành Do đó q = -330 J và H (trên m i mol AgCl) đ c t o thành là m t s âm, v i giá tr :
Enthalpy
1) V i ph n ng: H2O(l) H2O(g) 298 K và 1.0 atm ∆H l n h n ∆E m t l ng 2.5 kJ/mol δ ng 2.5 kJ/mol đó đ i di n cho cái gì?
2) D đoán v i các ph n ng sau áp su t không đ i thì ∆H > ∆E, ∆H < ∆E hay ∆H = ∆E
Hãy tính bi n thiên enthalpy c a ph n ng d i đây D a vào bi n thiên enthalpy hãy cho bi t đây có ph i ph n ng h u d ng đ t ng h p ammonia không?
1) Khi m t ch t l ng chuy n thành ch t khí, có s gia t ng v th tích δ ng 2.5 kJ/mol đó là công th c hi n b i quá trình hóa h i, đ y ng c tr l i khí quy n
2) T t c các ph n ng trên đ u là c a các ch t khí và ch t o thành ch t khí Ta có:
Trong quá trình hóa học, mối quan hệ giữa biến thiên enthalpy (∆H) và biến thiên năng lượng nội tại (∆E) được thể hiện qua công thức ∆H = ∆E + P∆V Cụ thể, khi thể tích (∆V) thay đổi, ∆H sẽ lớn hơn ∆E nếu ∆V > 0, nhỏ hơn ∆E nếu ∆V < 0, và bằng ∆E khi ∆V = 0 Xét các phản ứng hóa học với số mol sản phẩm khí và số mol chất phản ứng, ta có thể dự đoán ∆V: a) Trong phản ứng có 2 mol chất khí chuyển thành 2 mol sản phẩm khí, ∆V = 0, do đó ∆H = ∆E b) Trong phản ứng có 4 mol chất khí chuyển thành 2 mol sản phẩm khí, ∆V < 0, dẫn đến ∆H < ∆E c) Trong phản ứng có 9 mol chất khí chuyển thành 10 mol sản phẩm khí, ∆V > 0, do đó ∆H > ∆E.
3) ây là ph n ng thu nhi t r t m nh (c n nhi u nhi t đ ph n ng) nên không ph i là gi i pháp th c t đ t ng h p ammonia b i chi phí n ng l ng s r t đ t đ
Nhi t ph n ng
Có m t thí nghi m liên quan đ n vi c kích l a đi n methanol và không khí trong chai nh a
Methanol được đưa vào bình 500 mL và lắc cho đến khi không khí bão hòa với methanol Dung dịch methanol đặc được thu lại, sau đó đóng kín chai và kích hoạt phản ứng a) Viết phương trình phản ứng b) Xác định giá trị nhiệt của phản ứng đó.
Giả sử nhiệt độ là 25 °C và áp suất là 1.100∙10^5 Pa, trong đó áp suất hơi của methanol tại 25 °C là 0.165∙10^5 Pa Hỗn hợp khí chứa 20% oxy và 80% nitơ Để xác định tác nhân giải phóng trong bình 500 mL, cần tính toán nhiệt lượng giải phóng trong phản ứng trong bình này Sau phản ứng, tổng số mol chất trong bình là ntotal = 23.44∙10^-3 mol Nếu giả sử có 500 J nhiệt được tạo ra trong phản ứng đốt cháy, cần xác định nhiệt độ khí trong bình và tính áp suất tại nhiệt độ này.
Kh i l ng riờng c a h n h p sau đ t chỏy là 1.30 gãL -1 , nhi t l ng h n h p là 1.01 Jãg -1 ãK -1
Enthalpy ph n ng
S d ng các d ki n cho ph n PH L C (đ u sách)
1) Hãy tính enthalpy c a các ph n ng sau:
2) Hãy tính enthalpy c a các ph n ng sau:
3) Các tên l a t ng c ng có th tái s d ng c a tàu con thoi s d ng m t h n h p nhôm và ammonium perchlorate làm nhiên li u Ph n ng sau có th x y ra:
4) Tàu con thoi Orbiter s d ng ph n ng oxid hóa methylhydrazine b i dinitrogen tetroxide cho đ ng c đ y:
Nguyên t c chung là ∆H 0 = ns n ph m ∆Hf 0
,s n ph m - nch t ph n ng ∆Hf 0
, ch t ph n ng, và t t c các đ n ch t tr ng thái chu n có ∆H 0 f = 0
Cho các ph ng trình nhi t hóa h c sau đâyμ
(4) O2(k) 2 O (k) H 0 = 498.3 kJ k: kí hi u ch t khí
Hưy xác đnh nhi t c a ph n ng sau:
ClO2 (k) + 1/2 O3 (k) 1/2 Cl2O7 (k) H 0 = - 37.9 kJ 1/2 Cl2O7(k) ClO 3 (k) + 1/2 O(k) H 0 = 139 kJ
(5) ClO2 (k) + O(k) ClO3 (k) H 0 = - 201.3 kJ ó là pt nhi t hóa (5) ta c n tìm.
Enthalpy ph n ng
Quá trình Ostwald sản xuất nitric acid từ ammonia và oxygen bao gồm các giai đoạn sau: a) Sử dụng các giá trị ∆Hf 0 trong PH L C để tính giá trị ∆H 0 của phản ứng b) Viết phương trình tổng quát của quá trình sản xuất nitric acid theo Ostwald bằng cách kết hợp các phương trình trên Câu hỏi đặt ra là phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt?
2) Tính ∆H 0 c a m i ph n ng sau và gi i thích t i sao các bình ch a cháy b ng n c ho c carbon dioxide có th không hi u qu v i đám cháy có sodium
Ph n ng t ng t a nhi t vì m i ph n ng thành ph n đ u t a nhi t
Trong ph n ng 2, 3, kim lo i sodium ph n ng v i “tác nhân bình ch a cháy” C hai ph n ng này đ u t a nhi t và m i ph n ng l i t o thành các khí d cháy (H2, CO)
Oxid hóa và đốt cháy các hợp chất hữu cơ là phản ứng tỏa nhiệt Nhiệt của phản ứng đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch như dầu, than và khí thiên nhiên được sử dụng làm nguồn năng lượng chính Để tính nhiệt phản ứng H° đốt cháy hoàn toàn 1 mol methane ở áp suất khí quyển, cần sử dụng các số liệu enthalpy tạo thành chuẩn của methane, carbon dioxide và nước.
Cacbon dioxide 鰡-393.5 kJ mol -1
Trong phòng thí nghiệm, khí carbon dioxide được tạo ra từ phản ứng giữa 10.0 g calcium carbonate và 50.0 mL hydrochloric acid 1.00 mol/L ở nhiệt độ 298K và áp suất 1013 hPa Để tính thể tích V của khí carbon dioxide sinh ra, cần giả định rằng phản ứng diễn ra hoàn toàn và khí carbon dioxide được xem là khí lý tưởng Năng lượng phản ứng là -285.8 kJ/mol.
H ng d n a) Methane: C + 2H2 CH4 Hf = -74.82kJ/mol
Carbon dioxide: C + O2 CO 2 Hf = -393.5kJ/mol
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 δ ng khí CO2 thoát ra = 0.0250mol
Tính toán b ng cách dùng ph ng trình tr ng thái khí lí t ng V=nRT/p
Sinh nhi t và thiêu nhi t
298 K, nhi t đ t cháy (thiêu nhi t) chu n c a (CN)2 (g) là -1095 kJ mol -1 và c a C2H2 (g) là -
1300 kJ mol -1 ; sinh nhi t chu n c a C2H2 (g) là 227 kJ mol -1 và c a H2O (l) là -286 kJ mol -1 Tính sinh nhi t chu n c a (CN)2 (g)
2 f Hm o(CO2) - fHm o[(CN)2] = -1095 kJ mol -1
2 f Hm o(CO2) = -1095 kJ mol -1 + f Hm o [(CN)2]
2 fHm o (CO2) + fHm o (H2O) - fHm o (C2H2) =-1300 kJ mol -1
2 fHm o (CO2) =-1300 kJ mol -1 + 286kJ mol -1 + 227 kJ mol -1 fHm o [(CN)2] = 1095 kJ mol -1 - 1300 kJ mol -1 + 286kJ mol -1 + 227 kJ mol -1
Nhi t hóa h c
1 Tính ∆H o c a ph n ng gi a N2H4(l) và H2O2(l) Bi t sinh nhi t tiêu chu n c a các ch t:
2 Tính ∆H o c a ph n ng gi a N2H4(l) và H2O2(l) d a vào các d ki n nhi t đ ng h c sau đâyμ
- N ng l ng liên k t hoá h c: δiên k t N - N N = N N N N - H O - O O = O O - H
Trong 2 k t qu tính đ c trên, k t qu nào chính xác h n? T i sao?
1 Theo các d ki n v sinh nhi t:
2 Theo các d ki n v n ng l ng liên k t và nhi t hoá h iμ
∆H2 = 4EN-H + EN-N + 4EO-H + 2EO-O - E N N - 8EO-H - ∆Hhh(N2H4) - 2 ∆Hhh(H2O2) = -638.74 kJ
Hai giá trị ∆H thu được gần bằng nhau cho thấy rằng chúng ta có thể tin tưởng vào hai phương pháp đo lường Sự chênh lệch giá trị giữa hai kết quả có thể được xem là do sai số trong quá trình thí nghiệm.
Enthalpy
Trong bài này, t t c các d ki n cho s n và đ c h i đ u xét t i đi u ki n tiêu chu n
Nghiên cứu về hai hydrocarbon lỏng, cycloocta-1,3,5,7-tetraene và styrene (vinylbenzene, ethenyl benzene), cho thấy chúng có cùng công thức phân tử C8H8 Khi tiến hành phản ứng cháy trong bình nhiệt lượng với oxy, chúng tạo ra hỗn hợp nước và khí CO2 Phản ứng cháy này được thực hiện bằng một sợi dây có nhiệt lượng cháy.
Mô tả thí nghiệm với hai mẫu chất A và B được thực hiện để đo lường và ghi nhận kết quả Tuy nhiên, trong quá trình ghi hình, có sự nhầm lẫn giữa hai mẫu chất này Nhất ký thí nghiệm đã lưu lại các kết quả quan trọng.
H p ch t Kh i l ng đ u m/g Nhi t l ng đo đ c Q/J
Cho bi t thêm: fH° (H2O(l)) = - 285.8 kJ mol -1 và fH° (CO2(g)) = - 393.5 kJ mol -1
1) Vi t ph ng trình ph n ng đ t cháy
2) Tính enthalpy cháy tiêu chu n cH o c a A, B
3) Tính enthalpy t o thành chu n fH o c a A, B Trong tr ng h p b n không tính ra k t qu ý 2, hãy s d ng các giá tr cH°A = -4581 kJ.mol -1 và cH°B= -4431 kJ.mol -1
4) Theo các giá tr enthalpy sinh chu n, m t trong các ch t s b n h n, xét v kh n ng phân li thành nguyên t Ch t đó là A hay B?
Chu trình Born-Haber
Mô hình ion được sử dụng để mô tả quá trình diễn ra với mùi và tính chất bằng cách liên kết năng lượng tĩnh điện với một mô hình ion đơn giản, trong đó các ion có bán kính xác định và điện tích bằng một số nguyên Mô hình này giúp phân li các phân tử ion trong pha khí, dẫn đến các nguyên tử trung hòa Tuy nhiên, năng lượng phân li có thể được tính bằng cách sử dụng nhiệt độ trong một trình phân ngưng, bao gồm sự phân li thành các ion tự do và sau đó là sự trung hòa các ion Đây chính là chu trình Born-Haber.
Ng i ta đo đ c n ng l ng liên k t, ái l c electron và n ng l ng ion hóa c a các phân t hai nguyên t nh sauμ
N ng l ng liên k t NaCl = - 464 kJ mol-1 Ái l c electron Cl = - 360 kJ mol-1
N ng l ng liên k t KCl = - 423 kJ mol-1 N ng l ng ion hóa Na = 496 kJ mol-1
N ng l ng liên k t MgCl = - 406 kJ mol-1 N ng l ng ion hóa th nh t Ca = 592 kJ mol-1
N ng l ng liên k t CaCl = - 429 kJ mol-1 N ng l ng ion hóa th hai Ca = 1148 kJ mol-1
Chu trình Born-Haber mô tả quá trình phân li của NaCl thành các nguyên tử trung hòa, đồng thời tính toán năng lượng phân li của NaCl Giá trị năng lượng liên kết hoàn toàn giữa các ion đạt 100%.
Chu trình Born-Haber cho sự phân li của CaCl2 thành ba nguyên tử trung hòa giúp tính năng lượng phân li của CaCl2 Giá trị này liên quan đến liên kết trong phân tử ba nguyên tử và liên kết trong phân tử hai nguyên tử, với tỷ lệ liên kết đạt 9%.
1) Chu trình Born-Haber c a s phân li NaCl thành Na và Cl:
N ng l ng phân li = 328 kJ mol–1
2) Chu trình Born-Haber c a s phân li CaCl2 thành Ca và 2Cl:
N ng l ng phân lí thành nguyên t = 630 kJ mol–1.
Chu trình Born-Haber
- Enthalpy th ng hóa c a titanium: 425 kJ/mol
- Enthalpy ion hóa th nh t c a titanium: 657 kJ/mol
- Enthalpy ion hóa th hai c a tianium: 1310 kJ/mol
- N ng l ng liên k t c a oxygen: 498 kJ/mol
- Enthalpy t o thành chu n c a TiO: -523 kJ/mol
Tính n ng l ng m ng l i c a titanium(II) oxide
2) Tính n ng l ng m ng l i ∆H(lattice) c a potassium fluoride t các d ki n sau:
- N ng l ng th ng hoa c a potassium ∆Hsubl = 90 kJ/mol
- N ng l ng phân li liên k t c a fluorine ∆HD = 158 kJ/mol
- N ng l ng ion hóa c a potassium ∆H I(K) = 419 kJ/mol
- Ái l c electron c a fluorine EA(F) = -333 kJ/mol
- Nhi t t o thành potassium fluoride ∆Hf 0 = -567 kJ/mol
2) ∆Hlattice = - ∆HI(K) - EA(F) - ∆HSubl - ẵ ∆HD+ ∆Hf 0
Chu trình Born-Haber
Năng lượng thoát ra khi tạo thành 1 mol của các cặp ion trong trạng thái khí khi tiếp xúc với nhau là năng lượng màng Năng lượng màng này ở 0 K dưới áp suất khí quyển bình thường được xác định là năng lượng màng Năng lượng màng của tinh thể ion thu được gián tiếp bằng cách áp dụng định luật Hess cho enthalpy tạo thành Bài viết minh họa chu trình Born-Haber của kali clorua (KCl) và tính năng lượng tinh thể bằng cách sử dụng các điều kiện nhiệt động.
Enthalpy t o thành c a KCl (s) - 437 kJ mol -1
Enthalpy th ng hoa c a K (s) 89 kJ mol -1
N ng l ng ion hóa c a K (g) 419 kJ mol -1
Enthalpy phân li c a Cl2 (g) 242 kJ mol -1 Ái l c electron c a Cl (g) - 349 kJ mol -1
Kí hi u “g” và “s” là t ng ng v i tr ng thái “khí” và “r n”
Chu trình Born-Haber
i v i qúa trình đ ng phân hóa cychlorinepropane thành propene ta có ∆H = -32.9 kJ/mol Hãy b sung thêm thông tin vào b ng sau:
Ch t ∆H đ i v i qúa trình đ t cháy hoàn toàn (kJ/mol)
Enthalpy hình thành chu n ∆Hf (kJ/mol)
T t c các s li u đ u áp d ng cho 25 o C và 1 atm
∆Hf c a than chì và H2 là 0kJ/mol
D a vào s đ trên ta tính đ c ∆H (đ t cháy propene) = -2061.5kJ/mol
D a vào s đ trên ta tính đ c ∆H f (cychlorinepropane) = 53,2kJ/mol Phép tính t ng t đ i v i propen cho k t q aμ ∆Hf(propene) ,3kJ/mol
Bài 26: Enthalpy và n ng l ng liên k t
Năng lượng liên kết có thể được xác định thông qua biến thiên enthalpy của quá trình chuyển đổi các nguyên tố thành phần (tính cho 1 mol) Năng lượng này thường được gọi là sinh nhiệt nguyên tử Biến thiên enthalpy của quá trình biến đổi một số phân tử của chất được cho bởi thành các nguyên tố Do đó, năng lượng liên kết ngược lại với sinh nhiệt nguyên tử Điều kiện tiêu chuẩn cho biến thiên enthalpy của phản ứng phân li các phân tử H2, Br2, và sự thay đổi của than chì (Ctc) được trình bày như sau.
Ctc(r) → C(k) H3 = 710.6 kJ/mol và bi n thiên enthalpy hình thành c a CH4 và CH3Br l n l t là:
Tính n ng l ng liên k t C-Br trong CH3Br
Không có giá trị đáng tin cậy nào về enthalpy tạo thành các oxide bromine trong cuốn sách "Tính chất nhiệt động của các chất riêng biệt" (1λ62) Các giá trị liên kết được ghi nhận là: E(Br2) = 193 kJ/mol, E(O2) = 498 kJ/mol, E(Br-O) = 230 kJ/mol, E(Br=O) = 300 kJ/mol, và nhiệt hóa hơi của bromine là 31 kJ/mol.
L y (3) tr đi (2) và (1) ta cóμ
Trong CH4 có 4 liên k t C-H N ng l ng liên k t trung bình c a m i liên k t C-H là:
Br2(l) → 2Br(h) H2 = 190 kJ/mol (4) 3H2(k) → 6H(k) 3.H1 = 3ã432.2 kJ/mol (5) 2Ctc(r) → 2C(k) 2.H3 = 2ã710.6 kJ/mol (6)
T (4), (5), (6) và (7) ta có: 6H(k) + 2Br(h) + 2C(k) → 2CH3Br(k)
Trong phân t CH3Br có 3 liên k t C-H và 1 liên k t C-Br, nên:
2) Gi n đ enthalpy v i Br2O: fH o (Br2O) = 473 - 460 = +13 kJ/mol v i các gi n đ t ng t fH o (BrO2) = (1/2糾31 + 1/2糾193 + 498) - 2糾300 = +10 kJ/mol fH o (Br2O3) = (31 + 193 + 3/2糾498) - (600 + 460) = -89 kJ/mol
1) Cho các ph n ng d i đây Tính n ng l ng liên k t C-F và C-Cl và cho bi t liên k t nào s b b gưy d i ánh sáng t ngo i có = 254 nm? Gi i thích
CCl4(k) + HF(k) → CFCl3(k) + HCl ∆H o = -10 kJ
2) N ng l ng liên k t c a liên k t đ n N-N là 163 kJ/mol, c a liên k t ba NN là 945 kJ/mol
4 nguyên t nitrogen có th t o thành phân t N4 t di n ho c 2 phân t N2 Quá trình nào thu n l i v m t nhi t đ ng h c h n? Gi i thích
1) EC-Cl= ẳ ∆H o (CCl4) = 340 kJ/mol
T ph n ng: CCl4(k) + HF(k) → CFCl3(k) + HCl
∆H o = 4EC-Cl + EH-F - 3EC-Cl - EC-F - EH-Cl EC-F = 485 kJ
= = V i n ng l ng này ch có liên k t C-Cl b b gãy, còn liên k t C-F không b nh h ng
2) So sánh hai quá trình:
B n có th gi s r ng S1) < S2 ( S2 - S1 > 0) do entropy c a ph n ng t 4 vi h t còn 1 vi h t s l n h n nhi u so v i ph n ng 4 vi h t còn 2 vi h t
Hi u ng nhi t ph n ng
Xét giảng dạy theo hướng dẫn sau: a) Sắp xếp các phần ngữ theo chiều nhanh nhất và chậm nhất, đồng thời giải thích lý do Nếu có phần ngữ nào cùng tần số, cần làm rõ lý do b) Xác định các phần ngữ là từ ngữ tả nhiệt hay thu nhiệt và giải thích c) Sắp xếp các phần ngữ tả nhiệt theo thứ tự từ mức độ biến thiên thấp đến cao, kèm theo giải thích.
H ng d n a) Nhi t đ ng h c ch quan tâm đến các trạng thái đầu và cuối, không phải hướng cần thiết để chuyển tác nhân thành sản phẩm Ng h c của phân ng thì lại tập trung vào hướng đi và tác động của phân ng Với giới hạn này, phân ng có năng lượng hoạt hóa thấp nhất sẽ diễn ra nhanh nhất Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tác nhân cần đạt được để vượt qua hàng rào năng lượng chuyển hóa thành sản phẩm Vì vậy, phân ng nhanh nhất là 5 - năng lượng hoạt hóa nhấn nhất Phân ng 1, 2, 4 có thể có cùng tác động phân ng vì chúng có cùng năng lượng hoạt hóa (với giới hạn rằng tất cả các yếu tố động học khác đều giống nhau).
Có ba cách để đánh giá mức độ hoạt hóa của năng lượng Nếu sản phẩm có năng lượng thấp hơn tác nhân thì phản ứng diễn ra thuận nghịch Phản ứng 1, 2, 3, 4, 5 đều có thể xảy ra Ngược lại, nếu năng lượng của sản phẩm lớn hơn tác nhân thì phản ứng sẽ diễn ra nghịch.
Ch có phân ngữ 4 thứ nhi t, trong đó chú ý rằng nhi t đ ng h c của một phân ngữ quy t đnh liệu phân ngữ t a hay thứ nhi t, còn đ ng hóa h c thì không Nhi t đ ng h c của phân ngữ xác đ nh bi n thiên th n ng Trong một phân ngữ t a nhi t, một phân th n ng l u gi trong các liên k t hóa h c được chuy n hóa thành nhi t n ng, và nhi t được gi i phóng khi th n ng gi m Phân ngữ t a nhi t v i s gi m th n ng l n nh t có hi u n ng l ng (∆E) gi a tác nhân và s n ph m l n nh t Phân ngữ 2 và 5 có cùng giá tr ∆E, do đó 2 và 5 có bi n thiên th n ng l n nh t, trong khi phân ngữ 1 và 3 có cùng giá tr.
∆E nh nh t, do đó có bi n thiên th n ng nh nh t
Entropy và n ng l ng t do
- nh ngh a n ng l ng Gibbs
- S d ng ∆G đ d đoán chi u bi n đ i t nhiên
- M i liên h gi a ∆G 0 và h ng s cân b ng K
Bài 29: Entropy môi tr ng
1) D đoán d u bi n thiên entropy môi tr ng xung quanh (∆Ssurr) c a các quá trình sau:
2) Tính ∆Ssurr c a các ph n ng sau 258 o C và 1 atm:
Quá trình ngưng tụ là quá trình thu nhiệt, dẫn đến việc giảm entropy của môi trường xung quanh (∆S surr âm) Ngược lại, quá trình bay hơi là quá trình tỏa nhiệt, trong đó nhiệt được giải phóng khi các phân tử khí chuyển động chuyển thành chất lỏng, làm tăng entropy của môi trường xung quanh (∆S surr dương).
S d ng hydrogen làm nhiên li u
Sự gia tăng nhanh chóng của nhiên liệu hóa học đang truyền cảm hứng cho những nghiên cứu sâu rộng trong lĩnh vực năng lượng thay thế và tái sinh Trong số đó, hydrogen nổi bật như một nhiên liệu tiềm năng cho tương lai Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao và rủi ro trong lưu trữ vẫn là những thách thức lớn trong việc sử dụng H2 Hãy sử dụng các giá trị dưới đây (khi cần) để tính toán.
1) M t cylinder (xi-lanh) ch a hydrogen áp su t 80 Mpa, 25 o C Gi s khí có tính ch t lí t ng, hãy tính kh i l ng riêng c a hydrogen trong cylinder theo kg/m 3
2) Gi s ph n ng đ t cháy hoàn toàn, hãy tính nhi t đ t cháy (thiêu nhi t) khi (i) 1 gram hydrogen và (ii) 1 gram carbon b đ t
Khi 1 kg hydrogen cháy với oxygen ở nhiệt độ 25 °C, nó có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Để tính công lý thuyết của quá trình này, ta cần xác định công có thể thu được khi chuyển đổi nhiệt độ từ 25 °C đến 300 °C Hiệu suất của động cơ nhiệt được tính theo công thức: hiệu suất = (công thực hiện / nhiệt hợp thức) = [1 - Tthấp / Tcao], trong đó T được tính theo Kelvin.
Để tính toán thời gian hoạt động của một motor điện có công suất 1 Watt trong điều kiện tiêu chuẩn, cần xác định số tháng motor có thể chạy Bên cạnh đó, việc tính giá trị dòng điện tiêu thụ của motor cũng rất quan trọng Giả sử mỗi tháng có 30 ngày, chúng ta sẽ có các thông số cần thiết để thực hiện các phép tính này.
2) i) H = −143 kJ g -1 hydrogenν ii) H = -32.8 kJ g -1 carbon
3) i) Công c c đ i = -1.2 10 5 kJ ho c 1.18 10 5 kJ (ii) Công c a đ ng c nhi t = -6.9 10 4 kJ
Pin nhiên li u
Cho b ng giỏ tr nhi t đ ng c a ph n ng H2 + ẵ O2 → H2O 2λ8, 15K nh sauμ
Ch t ∆H o tt (kJ.mol -1 ) ∆S o (J.K -1 mol -1 )
373.15 K và 100 kPa, nhi t hóa h i c a n c là ∆Hhóa h i = 40.64 kJ.mol -1 , nhi t dung đ ng áp c a n c trong kho ng nhi t đ t 298.15 K - 373.15K là 75.6 J.K -1 mol -1
Quá trình sử dụng pin nhiên liệu liên quan đến việc tạo ra năng lượng thông qua sự chuyển đổi hóa học Hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu được xác định bởi tỷ lệ giữa công suất sinh ra và enthalpy, được tính bằng công thức η = ∆G/∆H Để tính toán hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu, cần xem xét các yếu tố như lượng nước sản sinh và nhiệt độ khi đốt cháy 1 mol H2, cũng như các điều kiện khác nhau trong quá trình phản ứng.
2 Tính hi u su t lý thuy t khi pin nhiên li u làm vi c 473,15 K và 100 kPa Cho r ng entropy và enthalpy không ph thu c nhi t đ
3 T i sao hi u su t lý thuy t thay đ i theo nhi t đ ? Gi i thích (không c n tính toán)
1 V i ph n ng H2(k)+ ẵ O2(k) → H2O(l) tớnh đ c ∆H o = -285.84 kJãmol -1 ν ∆S o = -163.17 JãK -1 ãmol -1
Nh v y hi u su t lý thuy t c a pin nhiên li u ng v i ph n ng này s là = ∆G o / ∆H o = 83%
V i ph n ng H2(k)+ ẵ O2(k) → H2O(k) tớnh đ c ∆H o = -241.82 kJãmol -1 ν ∆S o = -44.28 JãK -1 ãmol -1
Nh v y hi u su t lý thuy t c a pin nhiên li u ng v i ph n ng này s là = ∆G o / ∆H o 94,5%
Lý do c a s khác nhau v hi u su t lý thuy t chính là n u xét ph n ng t o thành n c l ng 298.15K thì ph i tính đ n c quá trình hóa h i theo chu trình sauμ
Chu trình này có tính nhiệt cung cấp cho quá trình hóa hơi với giá trị ∆H = 40.64 kJ mol -1 Quá trình này ảnh hưởng đến hiệu suất lý thuyết của quá trình tạo thành nước, làm giảm hiệu quả tổng thể.
2 473.15K thỡ n c lỳc này đư tr ng thỏi h i T đú tớnh đ c ∆H o = -241.82 kJãmol -1 ν ∆S o
3 Do đ i l ng T∆S có giá tr âm nên vi c t ng nhi t đ s d n đ n vi c gi m hi u su t làm vi c c a pin nhiên li u T c n u nhi t đ càng th p, pin làm vi c s càng hi u qu
Nhi t và công
1 mol Cl2 (g), gi thi t là tuân theo quy lu t c a khí lí t ng, ban đ u 300 K và 1.01325×10 7
Trong quá trình giãn nở khí, áp suất bên ngoài là 1.01325×10^5 Pa, tương ứng với áp suất khí quyển Kết quả của quá trình này là sự giảm nhiệt độ của khí Cl2 xuống 23λ K, với 0.100 mol Cl2 tham gia Điểm sôi thông thường của Cl2 là 20.42 kJ mol^-1, và nhiệt dung mol của Cl2 cũng cần được xem xét.
(g) đi u ki n đ ng tích là Cv = 28.66 J K -1 mol -1 và kh i l ng riêng c a Cl2 (l) 239 K là 1.56 g cm -3 Gi s r ng nhi t dung mol c a Cl2 (g) đi u ki n đ ng áp đ c xác đnh theo công th c
V i các bi n đ i mô t trên, hãy tính bi n thiên n i n ng (∆E) và bi n thiên entropy (∆S sys ) c a h
Tóm t t các quá trình bi n đ i
Quá trình t ng này g m s giãn n và s chuy n pha (t khí thành l ng) đ ng áp, do v y n i n ng E là m t hàm tr ng thái, t ng bi n thiên n i n ng là ∆E = ∆E1+ ∆E2
Trong đó ∆E đ i v i khí lí t ng ch ph thu c vào T
D u “-” ngh a là có s m t n ng l ng đ sinh ra công th c hi n giãn n 1 mol khí
Quá trình 2 thu n ti n, d li u đ c tính theo atm
- Nhi t hoá h i m t (làm gi m n i n ng, -) t h chuy n ra môi tr ng xung quanh (do quá trình di n ra đi u ki n đ ng áp, l ng nhi t này b ng v i bi n thiên enthalpy.)
- Công th c hi n b i môi tr ng đ nén h xu ng th tích nh h n (làm t ng n i n ng, +)
Th tích khí ng ng t là
Th tích Cl2 l ng là
Nh ng V1 quá bé và có th b qua
(4.5 cm 3 ch t l ng so v i 17.6 dm 3 ; sai s kho ng 0.03 %)
Entropy S là hàm trạng thái của hai biến Trong quá trình 1, các biến được biểu thị bởi T và P, và giá trị của S được xác định là S(T,P) Trong điều kiện đẳng nhiệt, theo định nghĩa, ∆S = Q / T Trong trường hợp này, áp suất không đổi, do đó Q / T = Qp / T = ∆H / T.
Giãn n đo n nhi t
Tiến hành giãn nở 1 mol O2(g) từ nhiệt độ 120 K và áp suất 4 atm về 1 atm, nhiệt độ của khí giảm xuống thấp hơn một chút so với điểm sôi thông thường của chất lỏng (90 K) Giả sử rằng và không thay đổi trên toàn khoảng nhiệt độ đang xét, O2(g) được xem là khí lý tưởng.
Để tính toán các thông số q, w, ΔH, ΔS_sys và ΔS_surr của quá trình hóa lỏng 1 mol O2 (g) ở 90 K và 1 atm, đầu tiên, cần nén khí O2 bằng cách tăng áp suất lên một chút so với 1 atm Sau đó, làm lạnh O2 ở điều kiện áp suất không đổi đến điểm nóng chảy thông thường.
(55 K), x y ra s hoá r n thu n ngh ch, và ch t r n đ c làm l nh t i 10 K Xác đnh Hsys and Ssys cho toàn quá trình
H ng d n a) Quá trình đo n nhi t nên q = 0 và b) Quá trình t ng là:
Toàn b quá trình làm l nh áp su t không đ i, do đóμ
Giãn n đo n nhi t
Trong quá trình giãn nở của 2 mol khí lý tưởng từ trạng thái đầu với thể tích VA = 5δ và áp suất PA = 10 bar đến trạng thái cuối với áp suất PC = 1 bar, cần tính toán nhiệt độ đặc trưng của khí ở trạng thái đầu Tiếp theo, tính toán nhiệt độ và thể tích của khí ở trạng thái cuối Cuối cùng, xác định biến thiên entropy của hệ trong quá trình này.
Cho bi tμ i v i khớ lý t ng đ n nguyờn t CV (JãK -1 ãmol -1 ) = 3
H ng d n a) Tính nhi t đ c a h tr ng thái đ u: b) TA = PAVA/nR = (10 6 ã5ã10 -3 )/(2ã8.314) = 300.70K c) Tính nhi t đ và th tích c a h tr ng thái cu i
Vì quá trình là đo n nhi t nên ta có Q = 0
Theo nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học, ta có mối quan hệ giữa biến thiên nội năng ∆U và công A, với ∆U = A Đối với khí lý tưởng, ta có ∆U = Cv∆T, trong đó Cv = 2.3/2R = 3R cho 2 mol khí Khi áp suất bên ngoài không đổi, công thực hiện A được tính bằng A = -Pngoài∆V.
T đó ta cóμ 3R(T C - TA) = -Pngoài(VC - VA); vì VC = nRTC/PC và PC = Pngoài
Trong quá trình tính biến thiên entropy của hệ thống, với thông số V y TC = 192.45K và VC = 32L, ta cần xác định biến thiên entropy của chất trong quá trình này Để tính toán, ta sẽ áp dụng phương pháp tích phân qua hai giai đoạn của quá trình thu nén, từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối Các bước này sẽ giúp chúng ta có được giá trị chính xác cho biến thiên entropy trong quá trình thu nén nghịch đảo.
Giải đoán 1μ un nóng áp suất không đổi trạng thái đầu (A) tại trạng thái trung gian (B), tại đó PB = PA và VB = VC Nhiệt độ tại điểm B được xác định bằng công thức TB = PBVB/nR Từ đó, TB = PAVC/nR = (10^6 * 0.032)/(2 * 8.314) = 1924.5K.
- Giai đo n 2: Làm l nh đ n nhi t đ 1λ2.44K đ gi m áp su t c a h xu ng 1 bar trong đi u ki n đ ng tích
Entropy c a quá trình chuy n 2 mol khí t tr ng thái đ u (A) đ n tr ng thái cu i (C) đ c tính b ng công th c:
∆SA-B = nCpln(TB/TA) = 2(5R/2)ãln(1924.5/300.68) = 77.17 J/K
∆SB-C = nCvln(TC/TB) = 2(3R/2)ãln(192.44/1924.5) = -57.43 J/K
Bài 35: Phép đo nhi t l ng
Cho một khối kim loại X nặng 2,0 kg ở 0 °C vào một bình chứa 1,0 mol nước ở 100 °C và 1 atm, thấy có 86% lượng nước đã chuyển sang thể khí Giả sử trong điều kiện khảo sát, sự trao đổi nhiệt xảy ra giữa X và nước, áp suất trong bình không đổi và quá trình ngưng tụ nước diễn ra.
100 o C a) Tính nhi t đ cu i c a h X-n c và nhi t l ng mà X đư trao đ i. b) Tính bi n thiên entropy c a X, c a n c và c a h X-n c.
H ng d n a) Vì có 86% h i n c đư ng ng t nên trong h X-H2O khi cân b ng có: s mol n c pha l ng: n H O(l) 2 = 0,86 mol s mol n c pha h iμ nH O(k) 2 = 1 – 0,86 = 0,14 mol
Vì X không chuy n pha, quá trình ng ng t n c di n ra 100 o C nên s bi n đ i trong h X-H2O đ c chia thành 4 quá trình thu n ngh ch nh nh mô t trên s đ sau:
Vì s trao đ i nhi t ch x y ra gi a X và n c nên: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 0
Vì áp su t c a h không đ i nên:
Nhi t l ng mà kim lo i X đư trao đ i
V y X đư nh n 38,446 kJ b) Bi n thiên entropy c a Xμ
Bài 35B: Phép đo nhi t l ng
Tính bi n thiên entropy (∆S) trong quá trình đông đ c c a benzene d i áp su t 1 atm đ i v i hai tr ng h p sau: a) ông đ c nhi t đ +5 o C b) ông đ c nhi t đ -5 o C
Cho nhi t đ đông đ c c a benzen là +5 o C, entanpy nóng ch y ∆Hnc = 9.916 kJ.mol -1 , nhi t dung
Cp (benzen l ng) = 126.8 J.mol -1 K -1 , Cp (benzen r n) = 122.6 J.mol -1 K -1
Trong m i tr ng h p hãy s d ng bi n thiên entropy (v i đ chính xác 2 s sau d u ph y) làm tiêu chu n đ xét chi u c a quá trình và đi u ki n cân b ng c a h
H ng d n a) Quá trình hóa r n c a benzen t i nhi t đ +5 o C (đúng b ng nhi t đ hóa r n) là quá trình thu n nghch và đ ng nhi t
Bi n thiên entropy trong quá trình đông đ c này là:
Mu n xét chi u h ng c a h theo bi n thiên entropy, ta ph i cô l p h , ngh a làμ
∆Sh cô l p= ∆Sbenzen + ∆Smôi tr ng
∆Sh cô l p= ∆Sbenzen + ∆Smôi tr ng = -35.67 + 35.67 = 0
Quá trình hóa rắn của benzen ở nhiệt độ +5 °C là một quá trình thu nén và đạt trạng thái cân bằng Trong khi đó, benzen ở trạng thái đông đặc -5 °C và benzen ở trạng thái lỏng -5 °C không đạt được cân bằng nhiệt động Do đó, quá trình đông đặc này không phải là một quá trình thu nén Để tính biến thiên entropy ∆S của hệ trong quá trình này, cần phải xem xét các quá trình thu nén khác.
- un nóng thu n ngh ch benzen l ng t -5 o C lên +5 o C
- Làm l nh thu n ngh ch benzen r n t +5 o C xu ng -5 o C
Có th mô t các quá trình trên theo s đ sau:
T ng t ta tính bi n thiên entanpy c a chu trình:
∆Sh cô l p= ∆Sbenzen + ∆Smôi tr ng = -35.52 + 36.84 = 1.32 J/mol.K
K t qu ∆Sh cô l p > 0 nên ph n ng t di n bi n.
Nhi t đ ng h c c a m t quá trình sinh h c b n v ng
Quang hợp là quá trình sinh học mà thực vật chuyển hóa các phân tử giàu năng lượng từ ánh sáng mặt trời Quá trình này tạo ra glucose, được biểu diễn bằng phương trình hóa học: 6CO2(g) + 6H2O(g) + ánh sáng → C6H12O6(s) + 6O2(g).
N ng l ng c a 1 mol photon có b c sóng đ c g i là 1 Einstein
1) 48 Einstein c a b c sóng 650 nm đ c h p th b i m t lo i th c v t đ t o thành 1 mol glucose theo ph ng trình (1) Tính hi u su t (%) s n xu t glucose b i quang h p N ng l ng c n đ t o thành 1 mol glucose là 2870 kJ
Trung bình mỗi năm, một cây xanh có thể hấp thụ từ 7 đến 10 kg glucose từ đất Tính toán sự giảm lượng CO2 hàng năm trong không khí (theo ppm) do quá trình quang hợp cho thấy rằng 1 ppm tương đương với 1 gram CO2 trên 1.000 kg không khí trong tổng đại lưu Tổng khối lượng không khí bao quanh đất là 5,0 x 10^15 kg, trong đó 80% có mặt trong tổng đại lưu.
3) Nhi t đ t cháy graphite (than chì) và hydrogen 298 K l n l t là -393.5 kJ mol -1 và -285.8 kJ mol -1 Bi t khi đ t cháy 1 gram glucose gi i phóng 15.58 kJ n ng l ng, tính nhi t t o thành glucose 298 K
Bệnh nhân tiểu đường cần theo dõi định kỳ hàm lượng glucose trong máu bằng thiết bị được sử dụng cho mục đích này Thiết bị này chứa một dải xét nghiệm dùng một lần với các điểm tiếp xúc hoạt động carbon và một điểm tham chiếu Để đo đạc, dải này dựa vào enzyme glucose oxidase, chất xúc tác cho phản ứng giữa glucose và oxygen hòa tan.
4) Vi t ph ng trình ph n ng gi a glucose v i O2, trong đó O2 chuy n thành H2O2
H2O2 t o thành b oxid hóa t i đi n c c ho t đ ng th hai t o thành m t dòng đi n, t l thu n v i l ng glucose có trong m u Thông th ng, 5 mmol glucose t o thành dòng 2.5 mA
Để tính biến thiên nồng độ glucose trong máu của vận động viên cử tạ sau khi nâng một khối lượng 160 kg lên độ cao 2.4 m, ta cần xác định năng lượng tiêu thụ trong quá trình này Năng lượng cần thiết để nâng vật nặng được tính bằng công thức: công = trọng lực x độ cao Với trọng lực của 160 kg là khoảng 1568 N (160 kg x 9.81 m/s²) và độ cao 2.4 m, công thực hiện là khoảng 3763.2 J Chuyển đổi năng lượng này sang kilojoules, ta có 3.7632 kJ Biết rằng 1 gram glucose giải phóng 15.58 kJ năng lượng, ta có thể tính được số gram glucose cần thiết cho quá trình này Số lượng glucose cần thiết là 3.7632 kJ / 15.58 kJ/g ≈ 0.241 g Với thể tích máu 5 mL được lấy mẫu trước và sau khi nâng, và tổng thể tích máu trong cơ thể vận động viên là 5 L, biến thiên nồng độ glucose trong máu có thể được tính bằng cách chia lượng glucose tiêu thụ cho tổng thể tích máu.
Quá trình ôxy hóa khử glucose thành CO2 và H2O là một phản ứng quan trọng, có liên quan đến quá trình quang hợp, và được ứng dụng trong chế tạo pin nhiên liệu Trong pin nhiên liệu, một hợp chất hoạt động (nhiên liệu) sẽ được ôxy hóa khử bởi O2 Pin nhiên liệu có thể được chế tạo từ glucose dưới điều kiện pH phù hợp.
6) Vi t ph ng trình các bán ph n ng t ng ng v i quá trình oxid hóa glucose
7) Tính n ng l ng c a pin nhiên li u này 25 o C bi t ∆H 0 và ∆S 0 c a quá trình quang h p l n l t là 2.82ã10 6 J mol -1 và 182 J mol -1
8) M c đ bi n đ i su t đi n đ ng (EMF) c a m t pin đi n hóa theo nhi t đ đ c g i là h s nhi t đ c a pin Bi t (∆G/ T)P = -∆S, hưy tính h s nhi t đ c a pin nhiên li u glucose
Một mạch pin nhiên liệu có công suất 4000 Watts được thiết kế để sử dụng trong một căn phòng có kích thước 5m×5m×3m Căn phòng này được cô lập hoàn toàn, không có dòng nhiệt nào thoát ra ngoài Để tính thời gian cần thiết để nâng nhiệt độ trong phòng lên 20°C, biết rằng nhiệt độ ban đầu của phòng là 10°C và áp suất là 1 atm, ta giả sử không khí trong phòng là khí lý tưởng với nhiệt dung mol là 2.5R.
Trong quá trình quang h p, m t tr i (S), Trái đ t (E) và sinh v t quang h p (PO) có th đ c xem nh 3 h nhi t đ ng khác nhau M t tr i và Trái đ t thì nhi t đ không đ i (TS = 5762 K,
TE = 298.15 K), áp su t, th tích và thành ph n không đ i Sinh v t quang h p có th tích, nhi t đ và áp su t không đ i và TPO = TE Quá trình quang h p g m 3 giai đo n nh sauμ
10)Vi t bi u th c dUS và dGS v i giai đo n 1 theo TS, trong đó U và G là n i n ng và n ng l ng t do Gibbs, S là vi t t t c a sun (M t tr i)
Nh ng loài th c v t h u hi u c n 60 photon đ t ng h p 1 phân t glucose
11)Vi t bi u th c bi n thiên n i n ng c a M t tr i (∆U)S và c a PO, (∆U)PO, trong giai đo n (1) bi t b c sóng c a photon b h p th là
12)Xác đnh bi u th c bi n thiên entropy t ng trong giai đo n 1, (∆S)giai đo n1
Trong giai đoạn (2), PO sử dụng một phần năng lượng hợp thu được trong giai đoạn (1) để chuyển hóa thành hóa năng trong tổng hợp glucose Trong giai đoạn này, PO không trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh.
13)Xác đnh bi n thiên entropy t ng trong giai đo n 2, (∆S)giai đo n2, theo ∆GPO.
Trong giai đo n (3), PO chuy n đ n Trái đ t ph n n ng l ng còn l i (không đ c s d ng trong t ng h p glucose)
14)Ch ng minh r ng ∆Sgiai đo n3 = 0
TS r t cao và 1/TS có th xem là x p x b ng 0
15)D i nh ng đi u ki n này, vi t bi u th c bi n thiên entropy toàn ph n c a s đ
2) M c gi m CO2 (theo ppm) = 2.56ã10 5 ppm
5) Bi n thiờn c ng đ dũng t o thành = 0.672ã10 -3 mA
11) (∆U)S = -60NAhc/ (∆U)PO = 60NAhc/ ho c (∆U) S = -60hc/ (∆U) PO = 60hc/
12)(∆S)giai đo n1 = 60NAhc/ (1/TPO - 1/TS )
Ho c (∆S)giai đo n1= 60hc/ (1/TPO - 1/TS)
14)Trong giai đo n 3, m t tr i không tham gia
∆UPO trong giai đo n 3 = (∆U PO trong giai đo n 1 - ∆U PO trong giai đo n 2) = n ng l ng truy n đ n Trái đ t
(∆UPO(giai đo n1) - ∆GPO)/ TPO là bi n thiên entropy c a PO
Bi n thiên entropy c a Trái đ t = - (∆UPO(giai đo n1) - ∆GPO)/ TE
C ng ∆SEvà ∆SPO và do TE = TPO ∆Sgiai đo n3 = 0
15)∆S(toàn ph n) = (60NAhc/ - ∆G PO )/TPO
Ho c ∆S(toàn ph n) = (60hc/ - ∆G PO )/TPO
Bi n thiên entropy
1) D đoán bi n thiên entropy c a các ph n ng sau:
2) D đoán d u ∆S 0 và sau đó d a vào PH L C đ tính ∆S 0 c a m i ph n ng sau:
3) Tính entropy các ph n ng sau:
Có ∆S 0 là -358 J/K S d ng d ki n PH L C, tính giá tr S 0 cu CF4(g) b) Ph n ng
Có ∆S 0 là -143 J/K S d ng d ki n PH L C, tính giá tr S 0 cu CS2(g)
1) Các ph n ng a, b làm gi m xác su t v trí, d n đ n bi n thiên entropy âm Còn các ph n ng c, d làm t ng xác su t v trí nên entropy d ng
2) a) Do có nhi u phân t khí c a ch t ph n ng h n s phân t khí c a s n ph m ( n = 2 - 3 <
0) nên S 0 âm b) Do n c a các khí d ng ( n = 3 - 2), nên S 0 d ng. c) Do n = 0 nên r t khó đ d đoán li u S 0 s âm hay d ng Hưy tính toán đ xác đnh:
T PH L C 4, hãy tính các giá tr ∆H 0 , ∆S 0 và ∆G 0 c a các ph n ng sau:
Có 2 cách đ tính bi n thiên n ng l ng t do Gibbs chu n:
Ho c s d ng các giá tr ∆Gf 0 trong b ng:
Quá trình Ostwald sản xuất nitric acid trải qua ba giai đoạn chính: a) Đầu tiên, cần xác định các điều kiện cho phản ứng, sau đó tính toán các giá trị ∆H⁰, ∆S⁰, ∆G⁰ và hằng số cân bằng K tại 298 K cho phản ứng trong quá trình Ostwald b) Tiếp theo, tính toán hướng cân bằng của phản ứng tại nhiệt độ 825 °C, với giả thiết rằng ∆H⁰ và ∆S⁰ không phụ thuộc vào nhiệt độ c) Cuối cùng, cần giải thích lý do tại sao phản ứng này phải được thực hiện ở nhiệt độ cao.
H ng d n a) b) c) y là m t nguyên nhân đ ng h c: nhi t đ cao đ t ng t c đ ph n ng.
Kh n ng di n bi n c a ph n ng
Quá trình sinh hóa h c x y ra trong dung dch n c đ c bi u th b ng ph ng trình t ng quát:
G c a quỏ trỡnh (1) đ c tớnh theo bi u th c: G= G 0 + npHãRTãln10 (2) trong đó R là h ng s khí, T là nhi t đ
Th c nghi m cho bi t ph n ng: A → B + 2 H + (aq) (3) có G 0 = - 20.0 kJ/mol t i 28 o C Hãy tính Gc a ph n ng (3) pH = 3.529 và cho bi t ph n ng (3) có t x y ra hay không?
Xét quá trình: B + 2 H + (aq) → A (3’) Áp d ng (2) tính đ c G3 '= 60.67 kJ/mol
Vì (3) ng c v i (3’) nên G 3 = -60.67 kJ/mol ph n ng (3) t x y ra
Bài 43: D đoán chi u h ng ph n ng
Cho các giá tr sau 298K:
CO2 (aq) H2O(l) NH3(aq) (H2N)2C=O(aq)
Bi t trong dung d ch urea ((H2N)2C=O) b th y phân theo ph n ng sau:
Phản ứng giữa ure và nước, được mô tả bằng phương trình hóa học (H2N)2C=O(aq) + H2O → 2NH3(aq) + CO2(aq), cần tính toán năng lượng tự do Gibbs chuẩn ∆G˚ và hằng số cân bằng ở nhiệt độ 298K Để xác định xem phản ứng phân hủy ure có xảy ra hay không tại nhiệt độ này, ta cần xem xét các nồng độ của các chất tham gia, cụ thể là [(H2N)2C=O] = 1.0 M, [H2O] = 55.5 M, [CO2] = 0.1 M và [NH3] = 0.01 M.
Do ∆G < 0 nên ph n ng th y phân urea s x y ra theo chi u thu n đi u ki n đang xét
1) D i đây là m t trong nh ng ph n ng phá h y t ng ozone khí quy n t ng cao:
S d ng d ki n PH L C, tính ∆G 0 và K c a ph n ng này
2) Hydrogen sulfide có th đ c lo i b kh i khí thiên nhiên b i ph n ng:
Tính ∆G 0 và K c a ph n ng này Ph n ng này thu n l i nhi t đ cao hay th p?
G 0 = H 0 - T S 0 ; do có s gi m s mol các h t khí, S 0 < 0 Do G 0 âm nên H 0 c ng ph i âm Ph n ng s t di n bi n nhi t đ th p
Bài 45: N ng l ng t do - S ph thu c áp su t
S d ng các d ki n t PH L C, tính ∆G c a ph n ng:
Bài 46: N ng l ng t do - S ph thu c áp su t
S d ng các d ki n t PH L C, tính ∆G c a ph n ng:
Tính ∆G v i ph n ng này d i các đi u ki n sau:
Giỏ tr c a ∆H 0 và ∆S 0 l n l t là -58.03 kJ/mol và -176.6 J/Kãmol Tớnh giỏ tr c a K 25.0 o C
Gi s r ng ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ , hưy c tính giá tr K 100.0 o C
N ng l ng t do t o thành chu n và enthalpy t o thành chu n 298 K c a difluoroacetylene (C2F2) và hexafluorobenzene (C6F6) đ c cho sau đâyμ
V i ph n ng sau: a) Tính ∆S 0 298 K b) Tính K 298 K c) c tính K 3000 K, gi s r ng ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ
H ng d n c Gi s r ng ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ
Bài 50: N ng l ng t do và h ng s cân b ng
D i đây là m t s giá tr enthalpy t o thành và entropy chu n (đ u 298 K):
Trong dung d ch, urea (H2N)2CO b thu phân theo ph n ng sau:
(H2N)2C=O(aq) + H2O(l) → 2NH3(aq) + CO2(aq) a) Tính G o và h ng s cân b ng c a ph n ng 298 K b) Cho bi t:
Ph n ng thu phân urea có t x y ra 298 K không
Do ∆G < 0 nên s th y phân urea s di n ra d i đi u ki n đư cho.
Phá h y b t t o màu
PbCO3và ZnO th ng đ c s d ng làm b t t o màu tr ng Tuy nhiên, các b t màu này có th b h h i b i H2S trong không khí do các ph n ng sau:
- áp su t khí quy n p = 1,000 atm;
- % th tích c a các khí và h i n c trong không khí l n l t là: N2 77,90 %; O2 20,70 %; CO2
Để tính ΔG0 cho hai phản ứng (1) và (2), cần xác định các thông số nhiệt động học liên quan Nồng độ tối đa của H2S trong không khí được tính bằng (μg/m3) và phụ thuộc vào các bậc màu chứa bẩn Trong môi trường ô nhiễm H2S, nên sử dụng PbCO3 hoặc ZnO làm bậc màu trắng, vì chúng có khả năng hấp thụ và xử lý hiệu quả Khi làm sạch bậc màu PbCO3 bị xám do sự hình thành PbS, người ta thường xử lý bằng dung dịch H2O2 Phản ứng xảy ra trong quá trình này cần được viết rõ ràng Hơn nữa, cần chứng minh rằng, với một nhiệt độ nhất định, oxy trong không khí cũng có khả năng oxy hóa PbS để tái tạo màu trắng Cuối cùng, nguyên nhân khiến PbCO3 vẫn bị xám dần theo thời gian trong không khí là do sự hình thành PbS.
H2S có thể gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến tính ổn định của các hợp chất như ZnO và PbCO3 Mặc dù vậy, ZnO vẫn được sử dụng để tạo màu trắng do ZnS cũng có màu trắng Phản ứng giữa PbS và H2O2 tạo ra PbSO4 và nước.
Phản ứng oxi hóa PbS thành PbSO4 có thể xảy ra trong không khí ở nhiệt độ 298 K Oxy trong không khí tham gia vào quá trình này, dẫn đến sự hình thành bột màu trắng Do đó, quá trình oxi hóa PbS bởi O2 tạo ra sản phẩm rắn.
Các hydrate của nitric acid đóng vai trò quan trọng trong việc xúc tác quá trình hình thành ozone ở Nam Cực Worsnop đã tiến hành nghiên cứu sự tồn tại của mono-, di- và trihydrate của nitric acid Kết quả nghiên cứu được thực hiện ở nhiệt độ 220K.
Để tính ∆rG° cho phản ứng HNO3.3H2O(r) chuyển thành HNO3(k) và 3H2O(k) ở nhiệt độ 190K, cần xác định ∆rH° và ∆rS° là không đổi theo nhiệt độ Tại nhiệt độ 190K, nếu áp suất của nước là 1.3×10^-7 bar và áp suất HNO3 là 4.1×10^-10 bar, cần xác định hydrate nào sẽ bền vững trong điều kiện này, với áp suất tiêu chuẩn là 1 bar.
H ng d n a) Ta có bi u th c ∆G = ∆H - T∆S.
Do ∆H và ∆S không ph thu c nhi u vào nhi t đ nên l p bi u th c tính ∆S vào bi u th c
∆G190 s thu đ c bi u th c nh sauμ 190 220
= − + Thay s vào bi u th c này thu đ c các k t qu l n l t cho monohydrate, dihydrate và trihydrate là 57.2; 85.6 và 112.8 kJ/mol b) Q = p(H2O) n p(HNO3), ∆rG = ∆rG o + RTlnQ
L p các giá tr tính đ c câu a vào bi u th c ∆ r G ta s thu đ c các k t qu l n l t cho monohydrate, dihydrate và trihydrate l n l t là: -2.0; 1.3 và 3.5 kJ/mol
Nh v y đi u ki n đa c c thì trihydrate s b n v ng nh t.
Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ
H ng s cân b ng v i m t quá trình gi t ng đ c xác đnh d ng hàm c a nhi t đ (theo thang Kelvin), v i các k t qu đ c bi u di n trong gi n đ d i đâyμ
T đ th này, xác đ nh các giá tr ∆H 0 và ∆S 0 c a quá trình Xác đ nh khác bi t chính trong đ th lnK-1/T c a m t quá trình thu nhi t v i m t quá trình t a nhi t
Hằng số cân bằng Kc của phản ứng được đo bằng nhiều nhiệt độ khác nhau (Kelvin) Hằng số này có giá trị 1.352 x 10^4 K và có thể được xác định tại -14.51 Để xác định các giá trị ∆H0 và ∆S0 của phản ứng, cần thực hiện các phép tính phù hợp.
1) Ph ng trình có d ng đ ng th ng (tuy n tính) (y = mx + b) th lnK-1/T s t o thành m t đ ng th ng v i đ d c (slope) = m = - H 0 /R và giao v i tr c y (y intercept) t i b = S 0 /R
Khi ∆H 0 d ng thì đ d c c a đ th lnK-1/T âm Khi ∆H 0 âm nh trong quá trình t a nhi t thì đ d c c a đ th lnK-1/T s d ng (đ d c = -∆H 0 /R)
Ph thu c c a h ng s cân b ng vào nhi t đ
D a vào các d ki n sau, hưy tính ∆H 0 và ∆S 0 c a ph n ng t phân li c a n c:
Ph ng trình có d ng đ ng th ng (tuy n tính) (y = mx + b) th lnK-1/T s t o thành m t đ ng th ng v i đ d c (slope) = m = - H 0 /R và giao v i tr c y (y intercept) t i b = S 0 /R
Ph ng trình ph thu c lnK-1/T:
Bài 55: ng h c và nhi t đ ng h c
Sulfuryl dichloride (SO2Cl2) là hợp chất được sử dụng rộng rãi như tác nhân chlor hóa và sulfonate hóa Chất này không màu, có mùi hăng và nhiệt độ sôi cao.
Khi đun nóng SO2Cl2 đến 70 oC, nó phân hủy thành SO2 và Cl2 Khi nhiệt độ vượt quá 100 oC, phản ứng phân hủy diễn ra mạnh mẽ hơn Trong một bình kín chứa đầy SO2Cl2, sự phân hủy được theo dõi qua biến đổi áp suất ở nhiệt độ 375 K Để chứng minh sự phân hủy này, cần thực hiện phản ứng bậc 1 và tính hằng số tốc độ k.
Khi ph n ng phân h y đ c ti n hành 112 o C (l i b t đ u v i p0 = 0.5 atm), áp su t t ng sau 1 gi là 0.78 atm b) Tính n ng l ng ho t hóa c a ph n ng phân h y
Trong quá trình tính toán ∆H° và ∆S°, chúng ta thường giả định rằng các giá trị này không phụ thuộc vào nhiệt độ trong khoảng không quá xa 298 K Các giá trị chuẩn của các chất phân tử A được đề cập ở đây Sử dụng phương trình Gibbs, tính ∆G cho phản ứng phân hủy ở 400 K, giả sử rằng ∆H và ∆S có cùng giá trị tại 298 K Xác định Kp từ giá trị ∆G đã tính được.
Tính toán các thuộc tính trạng thái biến đổi theo nhiệt độ được thực hiện thông qua các phương trình hóa học cụ thể Đặc biệt, tính ∆G của phản ứng phân hủy ở 400 K được xác định bằng cách sử dụng các phương trình phù hợp Từ giá trị ∆G tính được, có thể xác định hằng số cân bằng Kp và đánh giá tính hợp lý của kết quả.
H ng d n a) V i ph n ng b c m t thì f(t) = ln(p(SO2Cl2)/p0) là hàm tuy n tính
Tr c tiên c n xác đnh p(SO2Cl2) (x):
Bài 56: N ng l ng t do và h ng s cân b ng
Để tính toán ∆G 0 của phản ứng V i Cl2O(g), sử dụng phương trình ∆G 0 = -RTlnK Tiếp theo, áp dụng các giá trị năng lượng liên kết để tính ∆H 0 của phản ứng Sau đó, dựa trên kết quả từ các bước trước, tính ∆S 0 của phản ứng Để tính ∆Hf 0 và S 0 của HOCl(g), cần thực hiện các phép tính tương ứng Tiếp theo, xác định giá trị K tại 500 K Cuối cùng, tính ∆G ở 25 độ C khi áp suất của H2O, Cl2O, và HOCl lần lượt là 18, 2.0 và 0.10 torr.
2) Carbon monoxide r t đ c b i nó t o liên k t v i s t trong hemoglobin (Hb) m nh h n nhi u so v i O2 Xét các ph n ng sau, kèm bi n thiên n ng l ng t do chu n:
S d ng các giá tr này, hưy c tính giá tr h ng s cân b ng 25 o C cho ph n ng:
1) a) b) M i v c a ph n ng đ u có 2 liên k t H-O và 2 liên k t O-Cl C hai v có cùng s l ng và lo i liên k t nên có th gi đ nh r ng ∆H ≈ ∆H 0 ≈ 0. c) d) V i H2O(g) e) Gi s ∆H 0 và ∆S 0 không ph thu c vào nhi t đ T: f) g)
Chúng ta nên biểu diễn các áp suất riêng phần theo đơn vị atm Tuy nhiên, trong trường hợp này, các hệ số chuyển đổi 760 torr/atm sẽ bị triệt tiêu Do đó, có thể sử dụng các áp suất theo đơn vị torr cũng như atm.
Bài 57: N ng l ng t do và h ng s cân b ng
S d ng các giá tr cho sau đây, tính Ksp (h ng s tích s tan) c a Ba(NO3)2 - m t trong nh ng mu i nitrate ph bi n kém tan nh t
Bài 58: N ng l ng t do và h ng s cân b ng
Glucose-6-phosphate đ ng phân hóa t o fructose-6-phosphate b c đ u tiên c a quá trình th y phân đ ng Enthalpy t do tiêu chu n c a ph n ng là t i 298 K
1) Tính h ng s cân b ng c a ph n ng và thành ph n c a h n h p cân b ng t i 25°C
2) Tính enthalpy t do c a ph n ng ph thu c vào t l fructose-6-phosphate trong h n h p ph n ng
Ph n ng trong pin
Pin galvanic, được phát minh bởi A Volta vào năm 1800, đã dựa trên những thí nghiệm của L Galvani Kể từ đó, pin galvanic đã được sử dụng rộng rãi trong khoa học, công nghệ và đời sống hàng ngày.
Pin chứa các thành phần chính là sodium (Na) ở bên trái và than chì ở bên phải Sodium tham gia vào quá trình oxi hóa với dung dịch iron(III) nitrate nồng độ 0.01 M Bên phải, than chì kết hợp với iron(II) và iron(III) nitrate có nồng độ lần lượt là 0.05 M và 0.30 M Thể tích của pin là 1.
1) Xác đ nh đi n c c nào là cathode, đi n c c nào là anode Ch rõ các đi n c c này thu c lo i nào
3) Vi t các bán ph n ng m i đi n c c và ph n ng t ng
4) S d ng các thông tin v đ linh đ ng ion ( 0 ), ch n ra (các) h p ch t ion phù h p nh t làm c u mu i
T d ki n nhi t đ ng, bi t r ng entropy chu n c a Fe(s), Fe 2+ (aq), Fe 3+ (aq) 25 o C là 27.3, - 137.7 và -316.0 kJ/mol T ng nhi t đ thêm 20 o C s làm gi m h ng s cân b ng K 85 l n
Entropy của ion có điện tích dương là bằng 0, trong khi ion có điện tích âm 3 có entropy cao hơn so với ion có điện tích âm 2 Nguyên nhân cho sự khác biệt này là do cấu trúc và tương tác của các ion trong dung dịch Để tính toán entropy, enthalpy và năng lượng Gibbs (25 o C) của phản ứng tự phát, cần chú ý rằng ∆rH o và ∆rS o là các hằng số trong khoảng nhiệt độ này, với R = 8.314 J/mol.K và F = 96485 C/mol (hằng số Faraday).
Trong quá trình oxi hóa, pin bên trái hoạt động như anode, trong khi pin bên phải là cathode Đầu tiên, chúng ta sử dụng kim loại sắt (Fe) và dung dịch chứa ion của kim loại này (Fe 3+ ), đây là đặc điểm của loại 1 Loại thứ hai là graphite, không tham gia vào phản ứng, và dung dịch có một cấp oxi hóa kh.
Fe 3+ /Fe 2+ nên đây là đi n c c lo i 3
3) (A) Anode (oxid hóa)μ Fe Fe 3+ + 3e
(B) Cathode (kh hóa): Fe 3+ + e Fe 2+
(C) Ph n ng t ng: Fe + 2Fe 3+ 3Fe 2+
Vì muối, thu nạp ion là sử dụng các muối có cation và anion có khả năng phân tán trong vùng biên nạp pin Các muối phù hợp nhất cho mục đích này là KNO3 và NH4NO3.
5) a) Ion là H + b) i n tích ion càng l n thì tr ng t nh đi n càng m nh, do đó các phân t dung môi g n ion càng s p x p t t c) Bi n thiên entropy c a ph n ng Fe + 2Fe 3+ 3Fe 2+
Hãy tính enthalpy ph n ng ∆rH 0 :
= − = − − Bài 60: ng c nhi t và pin nhiên li u
Các nguyên liệu thô hydrocarbon, như khí thiên nhiên, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho con người Turkmenistan là một trong những nhà xuất khẩu khí lớn nhất trên thế giới Việc sử dụng các hydrocarbon thu được có thể diễn ra theo hai cách khác nhau.
1) t cháy nhiên li u trong các đ ng c nhi t (Tε)ν 2) oxid hóa đi n hóa trong các pin nhiên li u (TW) đ chuy n hóa n ng c a nhiên li u n ng đi n n ng v i hi u su t cao
1) Vi t ph ng trình ph n ng đ t cháy methane trong oxygen d
Trong quá trình chuyển đổi năng lượng, oxygen đóng vai trò chất oxi hóa trong tế bào nhiên liệu, trong khi methane là nguồn nhiên liệu chính Chất điện ly oxide rắn cung cấp các ion cần thiết trong không gian liên kết giữa các điện cực Cụ thể, phản ứng bán phần tại cathode liên quan đến oxygen, trong khi phản ứng tại anode diễn ra giữa các ion H+ và O2- Cuối cùng, phản ứng bán phần oxi hóa methane cũng diễn ra tại anode.
Tính suất điện động chuẩn (E₀) của phản ứng oxi hóa methane trong điều kiện nhiệt độ 900 oC liên quan đến số lượng electron tham gia vào phản ứng oxi hóa một phân tử CH₄ Để xác định E₀ (900 oC), cần phải tính toán dựa trên giá trị ∆G₀ (900 oC).
Tính hiệu suất của quá trình đốt cháy methane trong buồng cháy của tuabin khí (TM) ở nhiệt độ 900 °C và nhiệt độ xả 500 °C được xác định thông qua các công thức tính toán Hiệu suất tổng (TW) của quá trình oxy hóa methane trong tuabin khí cũng cần được phân tích để đánh giá hiệu quả năng lượng Việc này giúp tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu sự tiêu tán năng lượng không cần thiết.
5) a) Vi t các ph ng trình đ t cháy ethane, propane, butane trong oxygen d b) c tính ∆ c H (900 o C) c a propane t d ki n trong b ng sau ( 900 o C):
- Theo đ nh ngh a c a hi u su t: = (công t o ra) / (n ng l ng tiêu t n)
- nh lí Carnot (cho đ ng c nhi t lí t ng)μ = 1 - Tx / Tn, trong đó Tx là nhi t đ ngu n l nh, Tn là nhi t đ ngu n nóng (K)
Công hữu ích của quá trình điện phân hóa học được tính bằng công thức Wmax = -∆rG = nFE = -∆rH + T∆rS, trong đó n là số electron tham gia phản ứng, F là hằng số Faraday (96500 Coulomb/mol), E là suất điện động của phản ứng, và ∆rG là biến thiên năng lượng Gibbs.
- M i liên h gi a bi n thiên n i n ng và bi n thiên enthalpy trong m t quá trình b t kì làμ ∆rU
= ∆ r H - P∆V = ∆ r H - ∆ RT, trong đó ∆ là bi n thiên t ng s mol khí trong ph n ng
3) Theo ph ng trình ý 2c, s electron tham gia là 8
4) a) b) i v i m i ph n ng đi n hóa b t kì, = =
Chú ý r ng ∆ = 0 (ph n ng đ t cháy methane là ph n ng đ ng phân t ), ta tính đ c (TW) ∆cG/∆cH = 800.53/800.16 ≈ 1.0004 ho c 100 % Câu tr l i th t ngoài d đoán, có ph i v y không? (Hi u su t cao h n 100 %!)
Chu trình nhi t hóa hydrocarbon là quá trình phân hủy các hydrocarbon thành carbon dioxide (CO2) và nước (H2O) thông qua việc kết hợp các nguyên tố carbon và hydrogen với oxygen Quá trình này bao gồm việc phá vỡ các liên kết C-C và C-H Để ký hiệu enthalpy phá vỡ các liên kết C-C và C-H, chúng ta sử dụng các giá trị x và y tương ứng.
B ng cách k t h p các giá tr Q, có th bi u di n Qx theo các giá tr enthalpy đ t cháy đư bi t theo nhi u cách (đ n v kJ/mol):
Giá tr trung bình: -2043.1 kJ/mol.
Quá trình lò cao
giai đo n cu i c a quá trình lò cao, gang đúc đ c t o thành theo các ph n ng:
Các giá tr biên thiên enthalpy t o thành chu n và entropy chu n c a các ch t trên 298.15 K đ c cho trong b ng sau:
Ch t FeO CO CO2 Fe C Fe3C
1) Xác đ nh l ng Fe3C (% kh i l ng và s mol) có trong gang đúc d ng h n h p eutetic c a
Fe3C và Fe, bi t r ng k t qu phân tích nguyên t cho th y % kh i l ng carbon là 4.2
2) Vi t các ph ng trình ph n ng di n ra giai đo n đ u c a quá trình lò cao, có s tham gia c a qu ng Fe2O3(s) và than c c C(s)
3) Tính n ng l ng t do Gibbs và h ng s cân b ng c a các ph n ng 1-3
4) Gi s H và S không ph thu c vào nhi t đ ph n ng, hưy c tính nhi t đ t di n bi n c a các ph n ng 1-3
5) Xỏc đnh giỏ tr nhi t đ T mà t i đú n ng đ CO2 trong khớ khớ th o là 1.05ã10 -2 % th tớch và áp su t t ng là 1 atm
6) Xác đ nh ph n ng chi m u th nhi t đ T Tính đ chuy n hoá c a FeO thành Fe ( ) c a ph n ng này, bi t: p(CO) + p(CO2) = 1 atm
7) D đoán s thay đ i đ chuy n hoá khi t ng nhi t đ
3) G o 1 = 31000 - 298ã23 = 24146 J; khụng cú h ng s cõn b ng Kp do ph n ng ch cú cỏc ch t r n
RT RT ln p(CO ) p CO 1.05 10 atm
7) Ph n ng (2) t a nhi t nên khi t ng nhi t đ thì đ chuy n hóa gi m (nguyên lí Le Chatelier).
Chuy n hóa gi a đ ng và oxide
Ng kim loại và các oxide của đồng (Cu2O, CuO) được sử dụng làm xúc tác cho một số phản ứng hóa học Bài viết này giải quyết các quá trình chuyển hóa giữa kim loại và các oxide của nó Giả sử trong điều kiện nghiên cứu, ∆H° và ∆S° của các phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.
4Fe3O4(r) + O2(k) 6Fe2O3(r) (6) a) Bi t t i 300 K và t i 1300 K, ∆G o c a ph n ng (1) l n l t là -300 kJ.mol -1 và -160 kJ.mol -1 ;
∆G° của phản ứng (2) là -260 kJ.mol⁻¹ và -80 kJ.mol⁻¹ Tính toán ∆H° và ∆S° cho các phản ứng (1) và (2) Tìm biểu thức liên hệ giữa nhiệt độ và phản ứng (3) Dựa trên tính toán, dự đoán sản phẩm thu được khi nung bột Cu ở 800 K trong không khí (20% O₂, 80% N₂) với áp suất 1 bar Chứng minh rằng trong khoảng nhiệt độ 300-1500 K, Cu, CuO và Cu₂O không thay đổi trạng thái trong cùng một hỗn hợp Người ta có thể sử dụng H₂ để khử CuO thành Cu Khi cho H₂ vào bình chứa bột CuO ở 1150 K, biết phản ứng (4) có ∆G° = -490 + 0,1T (kJ.mol⁻¹) Tính toán và lập luận rằng H₂ khử CuO thành Cu₂O rồi tiếp tục khử Cu₂O thành Cu Cuối cùng, cho dòng khí gồm 1% CO và 99% CO₂ đi qua bột CuO, biết phản ứng (5) có
Trong quá trình khử CuO thành Cu ở nhiệt độ từ 300-1500 K, cần xác định xem CuO có thể chuyển hóa thành Cu hay không Để kiểm soát quá trình khử CuO thành Cu2O bằng H2, có thể thêm Fe2O3 vào hỗn hợp Tính toán năng lượng phản ứng (kJ.mol -1) cho thấy sự thay đổi nhiệt độ có ảnh hưởng đến quá trình này Đối với thí nghiệm với 0,3 mol CuO và 0,3 mol Fe2O3 trong bình có thể tích 5,0 L ở nhiệt độ 1150 K, cần tính áp suất trong bình (bar) khi toàn bộ CuO đã chuyển hóa thành Cu2O.
Vì ∆H o và ∆S o không ph thu c vào nhi t đ nên
Ta có : = 0,2.1,0 = 0,2 bar đ đoán s n ph m thu đ c, ta xét ∆G c a ph n ng (1) và ph n ng (i)μ
∆G(1),800 > 1 ph n ng (iii) x y ra hoàn toàn.
Khi cho t t H2vào, đ u tiên x y ra ph n ng (iii), ph n ng này x y ra hoàn toàn Khi cho ti p
H2vào có th ti p t c x y ra ph n ng (iii) và ph n ng (iv).
CuO và Cu không thể đồng thời tồn tại, vì vậy khi còn CuO, không thể có Cu Cu2O chỉ chuyển thành Cu khi toàn bộ CuO đã chuyển hóa thành Cu2O Để xác định xem CuO có bị khử thành Cu hay không, ta cần xem xét phản ứng hóa học liên quan.
Trong khoảng nhiệt độ 300-1500 K, phản ứng hóa học diễn ra theo chiều thuận khi ∆G(v) < 0 Điều này cho thấy rằng trong khoảng nhiệt độ này, dòng khí chứa 1% CO và λλ% CO2 luôn chuyển hóa CuO thành Cu Ngoài ra, Fe2O3 cũng có thể được khử thành Cu2O và Cu trong quá trình phản ứng.
3Fe2O3(r) + 2Cu(r) 2Fe3O4(r) + Cu2O(r) (vi) di n ra theo chi u thu n, t c ∆G (vi) < 0
V y Fe2O3 c ch đ c s kh Cu2O thành Cu khi nhi t đ ph n ng l n h n 1014 K h) Khi có m t Fe2O3 và 1150 K (>1014 K) th t các ph n ng x y ra l n l t nh sau
K t thúc ph n ng (a), l ng khí (H 2 O(k)) sinh ra trong bình ph n ng là 0,15 mol
K t thúc ph n ng (b), t ng l ng khí (H2O(k)) sinh ra trong bình ph n ng là 0,15 + 0,1 0,25 mol
Sau giai đo n 2 s x y ra quá trình kh Cu2O v Cu Vì đ u bài yêu c u tính cho quá trình kh CuO v Cu2O nên ta ch xét giai đo n 1 và 2
Vì khí là lí t ng và b qua th tích pha r n nên áp su t t ng trong bình ph n ngμ Khi k t thúc giai đo n 1μ 1 nRT 0,15.8,3145.1150 3
Khi k t thúc giai đo n 2μ 2 3 nRT 0,25.8,3145.1150
V y khi toàn b CuO b kh thành Cu2O 1150 K, áp su t trong bình ph n ng n m trong kho ng 2,868 bar P 4,781 bar
Cân b ng hóa h c
Thêm 0.49 mol NO2 vào bình ch a 0.720 mol SO2 và 0.710 mol SO3 thì cân b ng sau đ c thi t l p: SO2(g) + NO2(g) SO3(g) + NO(g)
T i cân b ng, bình ch a có 0.390 mol NO(g)
1) Tính h ng s cân b ng nhi t đ ti n hành ph n ng
Thêm 1.000 mol SO2(g) vào cùng nhi t đ
2) Tính s mol m i khí có trong bình sau khi đ t t i cân b ng m i
Cân b ng hóa h c
nhi t đ r t cao, phân t H2 b phân li thành các nguyên t H ng s cân b ng c a ph n ng:
Áp suất khí hydrogen trong cân bằng là Kp = 2.51 x 10^-2 bar tại nhiệt độ 3000K Khi áp suất tổng của khí là p = 980 hPa, cần tính áp suất riêng phân tử của hydrogen trong cân bằng Đồng thời, cũng cần xác định khối lượng riêng của khí (kg/m³) trong điều kiện đã cho.
1 mol h n h p ch a 0,145/0.98 mol H và 0.835/0.98 mol H2 Kh i l ng mol trung bình là
Cân b ng hóa h c
Haber là một trong những nhà hóa học quan trọng trong việc nghiên cứu phản ứng tổng hợp ammonia từ khí hydrogen và nitrogen Trong thí nghiệm 1 (TN1) ở nhiệt độ 472 độ C, ông và cộng sự đã thu được nồng độ [H2] là 0.1207M, [N2] là 0.0402M và [NH3] là 0.00272M khi phản ứng đạt đến trạng thái cân bằng Trong thí nghiệm 2 (TN2) ở 500 độ C, áp suất riêng phần của H2 là 0.733 atm, của N2 là 0.527 atm và của NH3 là 1.73 x 10^-3 atm khi đạt được trạng thái cân bằng.
1 Ph n ng: 3H2(k) + N2(k) 2NH3 (k) t a nhi t hay thu nhi t? T i sao?
2 N u trong TN1, sau khi đ t t i cân b ng hóa h c, th tích bình ph n ng b gi m m t n a thì s di n ra quá trình gì? T i sao?
= = 1.44ã10 -5 < 2.81ã10 -5 Nhi t đ t ng, Kp gi m ph n ng t a nhi t (theo nguyên lí c a Le Chatelier)
2 Khi V gi m m t n a n ng đ t ng 2 l n Qc 2 3
Kc cân b ng hoá h c chuy n d i sang ph i đ Qct ng t i Kc.
Cân b ng dimer hóa
Methane acid có khả năng tạo thành dimer trong pha khí thông qua các liên kết hydrogen Ở áp suất 0.145 atm và nhiệt độ 298 K, dimer chiếm 94.0% Khi nhiệt độ tăng lên 318 K, hằng số cân bằng đạt giá trị 105 Công thức G = H - T S = -RTlnKp, với R = 8.314 J/(mol K), cho thấy mối quan hệ giữa năng lượng tự do Gibbs, enthalpy và entropy trong quá trình này.
1) Vi t ph ng trình ph n ng dimer hoá Vi t bi u th c và tính Kp 298 K
2) Tính bi n thiên entropy và enthalpy, gi s r ng H và S không ph thu c vào nhi t đ
3) Vi c t ng (i) áp su t và (ii) nhi t đ s nh h ng nh th nào đ n cân b ng c a ph n ng dimer hoá
3) i) t ng kh n ng dimer hoá. ii) t ng kh n ng monomer hoá.
Cân b ng hóa h c
Nitrosyl chloride (NOCl) là một khí màu vàng, có tính chất độc hại và gây kích thích đối với đường hô hấp Khi được đun nóng, NOCl sẽ phân hủy theo phản ứng hóa học: 2NOCl → 2NO + Cl2.
Bi n thiên enthalpy (∆H) t o thành 1 mol Cl2 b i s phân h y NOCl là 75.3 kJ (trong kho ng t
100 K đ n 600 K) Các giá tr entropy chu n (S 0 298) c a các ti u phân đ c cho d i đâyμ
1) Tính Kp c a ph n ng phân h y trên 298 K
2) Tính nhi t đ t i đó Kp s g p đôi giá tr 298 K
3) Tính nhi t đ mà ph n ng s b t đ u t di n bi n
4) L y m t h n h p khí NO, Cl2, NOCl - v i áp su t riêng ph n (theo bar) l n l t là 1.5, 0.88 và 0.065 - 475 K Hãy d đoán li u ph n ng có d n đ n s t ng n ng đ NOCl không?
4) Ph n ng s di n ra chi u t o thành NOCl
Bài 67B: Cân b ng hóa h c a) i v i ph n ng thu n ngh ch pha khí 2 SO2 + O2 2 SO3
Ng i ta cho vào bình kín th tích không đ i 3,0 lít m t h n h p g m 0.20 mol SO3 và 0.15 mol
Tại nhiệt độ 25°C và áp suất 3.20 atm, cần tính tỉ lệ oxy trong hỗn hợp cân bằng hóa học của SO2 Khi thêm 0.105 mol khí SO3 vào bình ở cùng điều kiện, cần xác định tỉ lệ SO3 bị phân hủy, thành phần trong hỗn hợp khí và áp suất chung của hệ thống.
H ng d n a) Xét 2 SO2 + O2 2 SO3 (1) ban đ u 0.15 0.20 lúc cbhh ( 0.15 + 2z) z (0.20 – 2z)
T ng s mol khí lúc cbhh là n1 = 0.15 + 2z + z + 0.20 – 2z = 0.35 + z
T pt tr ng thái: P1V = n1RT n1 = P1V / RT = 3.2.3/0.082.298 0.393 z = 0.043
V y x O 2 = z / n1 = 0.043/ 0.393 = 0.1094 hay trong hh cb oxi chi m 10.94% b) 2 SO2 + O2 2 SO3 (2) ban đ u 0 0 y lúc cbhh 2 0.105 0.105 (y – 2 0.105)
Tr ng thái cbhh đ c xét đ i v i (1) và (2) nh nhau v T (và cùng V) nên ta có
Theo (1) ta có n 2 SO 3 / (n 2 SO 2 n O 2 ) = ( 0.20 – 2 0.043) 2 / (0,15 + 0.086) 2 0.043 = 5.43
Theo (2) ta có n 2 SO 3 / (n 2 SO 2 n O 2 ) = (y – 0.21) 2 / (0.21) 2 0.105 = 5.43 T đó có ph ng trình y 2 – 0.42 y + 0.019 = 0 Gi i pt này ta đ c y1 = 0.369; y2 = 0.0515 < 0.105
Do đó ban đ u có y = 0.369 mol SO3; phân li 0.21 mol nên t l SO 3 phân li là 56.91%
T i cbhht ng s mol khí là 0.36λ + 0, 105 = 0.474 nênμ
T pt tr ng thái: P2V = n2RT P2 = n2RT/ V = 0.474.0,082.2λ8/3 P 2 = 3.86 atm.
Cân b ng hóa h c trong bình kín
chu n b cho m t thí nghi m, m t c u sinh viên đư l y 2 bình A và B đ c đ y kín b i piston
Bình A ch a h n h p CO2 và H2 v i t l mol 1:1 Bình B ch a propane C hai bình đ c nung nóng đ n 527 o C áp su t không đ i Các h cân b ng đ c bi u di n nh sauμ
Các h ng s cân b ng đ c áp d ng v i các n ng đ 527 o C
Trong bài tập này, sinh viên cần tính nồng độ cân bằng của các thành phần trong bình B với áp suất cân bằng là 527 oC, trong đó phần trăm thể tích của propane là 80% Đầu tiên, cần xác định nồng độ cân bằng của các thành phần trong bình B và áp suất cân bằng tổng Tiếp theo, sinh viên sẽ tính nồng độ cân bằng của các thành phần trong bình A.
Trong ph n 2 c a thí nghi m, c u sinh viên đư s d ng các poston đ gi m th tích c a m i bình xu ng còn m t n a so v i ban đ u nhi t đ không đ i c) Tính áp su t cân b ng t ng trong m i bình
Cân b ng hóa h c
Bài viết này trình bày các bước nghiên cứu phản ứng dehydrogen hóa ethane, bao gồm: a) Viết phương trình phản ứng dehydrogen hóa ethene; b) Tính Kp của phản ứng ở 900 K; c) Xác định ∆H0 của phản ứng hydrogen hóa ethene tại 900 K; d) Tính thành phần (% theo thể tích) của hỗn hợp phản ứng trong cân bằng trên xúc tác hydrogen hóa ở 900 K với áp suất tổng trong cân bằng là 1020 hPa.
Để tìm giá trị Kp ở 600 K, ta sử dụng thông tin rằng enthalpy và entropy không phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu giá trị |∆H 0 | là 150 kJ/mol, ta có thể so sánh Kp ở 600 K với Kp ở 900 K để xác định sự khác biệt giữa chúng.
Phản ứng dehydrogen hóa thu nhiệt, do đó cân bằng chất lỏng sẽ thay đổi nhiệt độ từ 900 K xuống 600 K bằng cách dịch chuyển theo chiều giải phóng năng lượng, tức là sang bên trái Do đó, hằng số cân bằng Kp sẽ giảm xuống theo nguyên lý Le Chatelier.
Cân b ng hóa h c
nhi t đ cao, m t l ng nh carbon dioxide phân h y thành carbon monoxide và oxygen
Ph n CO2 phõn h y ỏp su t khụng đ i 1013 hPa bi n đ i theo nhi t đ : 1000 K là 2.0ã10 -7 và
Áp suất chuẩn được xác định là pstandard = 1.013 × 10^5 Pa Để tính toán các thông số nhiệt động học như Kp(1000), G°(1000), H°(1000) và S°(1000), cần áp dụng phương pháp phân tích nhiệt phân Các giá trị enthalpy của phản ứng trong khoảng nhiệt độ này được coi là hằng số Khi áp suất giảm xuống còn 101.3 hPa, cần xem xét sự thay đổi của phần carbon dioxide trong phản ứng Kết quả tính toán cho phản ứng ở 1000 K sẽ cung cấp thông tin chính xác về các thông số này.
H ng d n c) Do s h t t ng lên trong ph n ng nên b n có th suy lu n r ng các s n ph m đ c u tiên t o thành và l ng carbon dioxide phân h y s t ng
N u ph n phân h y (2∙10 -7 ) v n không đ i, ta có:
Giá tr này nh h n 10 l n giá tr Kp(1000) đ t đ c cân b ng, t s c n t ng và m u s c n gi m i u này ch x y ra n u t ng ph n phân h y: x 4.308∙10 -7 > 2∙10 -7
Cân b ng hóa h c
(Gi s r ng trong toàn bài, áp su t chu n là 1,013∙10 5 Pa.)
Trong m t h mà cân b ng 3H2 + N2 2NH3 đ c thi t l p 400 K, áp su t riêng ph n c a các thành ph n đ c xác đnh là: p(H2) = 0.376 bar; p(N2) = 0.125 bar; p(NH3) = 0.499 bar a) Tính h ng s cân b ng Kp và G 0
N u cân b ng trong h b nhi u lo n, nó có th thi t l p l i B n có th tính “l c d n đ ng” G theo công th c:
Nhìn vào d u c a G b n có th nh n th y r ng trong đó chi u chuy n d ch c a ph n ng Có
500 mol hydrogen trong m t h v i áp su t riêng ph n đ c cho trên b) Tính s mol N2 và NH3 trong h
Thêm 10 mol hydrogen vào h - không thay đ i nhi t đ và áp su t - d n đ n cân b ng b nhi u lo n c) Tính G c a ph n ng di n ra và xác đnh chi u chuy n d ch c a h , s d ng d u c a G
Trong một hệ H2/N2/NH3 cân bằng ở 410 K và áp suất 1 bar, giá trị Kp được xác định là 36.79 bar -2 Hệ này ban đầu có 100 mol H2, 500 mol N2 và 175 mol NH3 Sau khi thêm 10 mol N2 vào hệ, nhiệt độ và áp suất được giữ nguyên Dự đoán hướng chuyển dịch của hệ mà không cần tính toán, sau đó chứng minh dự đoán bằng các phép tính để xác định tính đúng sai của dự đoán đó.
H ng d n c) Do vi c thêm hydrogen vào làm t t c các áp su t riêng ph n thay đ i Áp su t t ng m i là
Theo nguyên lý Le Chatelier, việc thêm N2 vào phản ứng sẽ làm tăng sản phẩm NH3 Tuy nhiên, trong trường hợp này, nguyên lý này không cho phép xác định trực quan chiều phản ứng do ba giá trị áp suất riêng phần ban đầu thay đổi.
Do t s quá cao, h s ph n ng theo chi u đ t o thành N2 và H2, ngh a là chuy n d ch sang trái B n c ng s thu đ c cùng k t qu n u tính Gμ
Cân b ng hóa h c
Khí nhà kính CO2 có th đ c chuy n thành CO(g) b i ph n ng:
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H 2 O(g) (ph n ng khí n c)
1) Tính ∆G v i ph n ng 1000 K (∆H 1000 K = 35040 J mol -1 , ∆S 1000 K = 32.11 J mol -1 K -1 )
2) Tính các h ng s Kp và Kc v i ph n ng khí n c 100 K Chú ý: Xem các khí là khí lí t ng
3) M t h n h p khí ch a 35 % th tích H2, 45 % CO, 20 % H2O đ c đun nóng t i 1000 K Xác đnh thành ph n h n h p khi cân b ng
4) Tính ∆H 1400, s d ng d ki n v i 1000 K, gi s r ng các giá tr C 0 p v n là h ng s trong kho ng nhi t đ này
5) D a vào ý 4, hưy xác đnh phát bi u đúngμ
A Kp s t ng khi nhi t đ t ng
B Kp s không thay đ i theo nhi t đ
C Kp s gi m khi nhi t đ t ng
Cân b ng hóa h c
H ng s cân b ng Kp c a ph n ng 2I(k)蓋 I2(k) ph thu c nhi t đ t 298 - 1000 K đ c cho bi u th c sau: lgKp = -3.815 + 7823/T - 0.5lgT (đ n v áp su t là bar)
1 Hưy đ a ra bi u th c cho th y s ph thu c ∆H vào nhi t đ , và t đó tính giá tr này 300,
700 và 1000 K Rút ra k t lu n v s ph thu c c a enthalpy vào nhi t đ
2 Xác đnh chi u chuy n d ch cân b ng khi t ng nhi t đ và t ng áp su t
3 Tính n ng đ c a iodine nguyên t (nguyên t /L) trong m t bình kín th tích 2L 300 K n u trong bình có s n iodine r n (Áp su t cân b ng c a iodine h i so v i iodine r n trong đi u ki n đang xét là 4.04 10 -4 bar)
4 Tính đ phân ly c a iodine phân t 1000K n u áp su t chung c a h là 2 bar và 100 bar
Do lnKp = 2.303lgKp nên ta có:
300K, 700K và 1000K các giá tr ∆H o l n l t là -151.0 kJ; -152.6 kJ; -153.9 kJ
Khi t ng nhi t đ thì nhi t c a ph n ng thu nhi t t ng nh
Khi nhiệt độ tăng, áp suất cân bằng trong phản ứng hóa học sẽ giảm, dẫn đến sự thay đổi trong giá trị của hằng số cân bằng Nguyên lý chuyển dịch cân bằng của Le Chatelier cho thấy rằng khi áp suất cân bằng thay đổi, hệ thống sẽ tự điều chỉnh theo hướng giảm áp suất.
Bi n đ i ph ng trình khí lý t ng v d ng:
4 G i là đ phân ly c a h i iodine ta có bi u th c
V i Kp * = 1/Kp , 1000K giá tr này là 0.0031
T đó tính đ c 2 bar = 1.97% và 100 bar = 0.28%
Khi t ng áp su t, cân b ng d ch chuy n theo chi u ngh ch.
S d ng hydrogen làm nhiên li u (2)- H ng s cân b ng
M t ph ng pháp đ s n xu t hydrogen quy mô công nghi p là dùng ph n ng c a methane v i h i n c quá nhi t 1100 K đ t o thành hydrogen và carbon monoxide Ph n ng này đ c g i là “reforming h i n c”
1) Vi t ph ng trình ph n ng reforming h i n c c a methane
2) KP c a ph n ng reforming 1100 K là 28.6 Khi 1 kmol methane và 1 kmol h i n c ph n ng 1100 K, tính ph n tr m methane chuy n hóa t i cân b ng khi áp su t t ng ban đ u là 1.6 bar
Trong m t thí nghi m khác, 1.0 kmol CH4 và 1.0 mol H2O đ c cho vào m t bình kín 400 K và 1.6 bar Nhi t đ đ c t ng lên 1100 K
3) Tính áp su t trong bình 1100 K và % chuy n hóa c a methane
3) Áp su t t ng 1100 K = 6.550 bar chuy n hóa (methane) 49 %
Hydrogen t methanol và methanol t hydrogen
Ngày nay, việc tìm kiếm các phương án tiết kiệm và hiệu quả kinh tế trong lưu trữ hydrogen đang trở thành một mục tiêu quan trọng cho các nhà nghiên cứu Các nguồn lưu trữ tiềm năng có thể cung cấp hydrogen để chuyển đổi thành năng lượng, chẳng hạn như pin nhiên liệu, được sử dụng trong các chiếc ô tô thân thiện với môi trường.
Một trong những giải pháp đáng chú ý để lưu trữ hydrogen là thông qua methanol, trong đó methanol phản ứng với nước theo phương trình xúc tác: CH3OH(g) + H2O(g) → 3H2(g) + CO2(g) Khi 1.00 mol methanol phản ứng với 1.00 mol nước, enthalpy của phản ứng và năng lượng tự do Gibbs sẽ được tính toán.
Tại nhiệt độ 374 K, phản ứng giữa methanol và nước có enthalpy chuẩn H⁰_r (374K) = +53 kJ mol⁻¹ và Gibbs chuẩn G⁰_r (374K) = -17 kJ mol⁻¹ Bình phản ứng được thiết kế để duy trì nhiệt độ không đổi tại 374 K và áp suất 1000 hPa a) Tính toán hướng sự cân bằng của phản ứng methanol tại nhiệt độ 374 K b) Tính phần trăm methanol sẽ chuyển hóa thành hydrogen khi phản ứng đạt cân bằng c) Trong một thí nghiệm khác với cùng nhiệt độ và áp suất, khi thêm 1.00 mol methanol, 1.00 mol nước và 20.00 mol nitrogen vào bình phản ứng, tính phần trăm methanol phân hủy thành hydrogen khi phản ứng đạt cân bằng d) Phản ứng giữa methanol và nước là phản ứng thu nhiệt; tính phần trăm hydrogen cần được oxi hóa thành nước trong phản ứng với 1.00 mol oxygen và 2.00 mol hydrogen, với enthalpy phản ứng H⁰_r(374K) = -485 kJ mol⁻¹ và Gibbs năng lượng tự do G⁰_r(374K) = -450 kJ mol⁻¹.
Trong một số phép đo, các hợp chất được sử dụng bao gồm CO2 và hydrogen, được làm giàu bằng deuterium để tổng hợp methanol Các phép đo cho thấy rằng mẫu methanol chứa 3 nguyên tử deuterium và 1 nguyên tử hydrogen, gấp 1.55 lần so với mẫu methanol chứa 2 nguyên tử deuterium và 2 nguyên tử hydrogen Cần tính phần trăm deuterium theo phần trăm số nguyên tử trong mẫu hydrogen Trong các tính toán, hằng số khí được xem là R = 8.314 J/(mol·K).
K = 2.37 × 10² Trong bình phản ứng, số mol của CO2, H2, CH3OH, và H2O lần lượt là x, 3x, (1-x), và (1-x) Tổng số mol khí trong bình là 2 + 2x Do áp suất tổng bằng áp suất chuẩn (1000 hPa), áp suất riêng phần của mỗi hợp chất liên quan đến áp suất chuẩn chính bằng phân mol Trước tiên, cần viết phương trình tính hàm số cân bằng và thể hiện các biểu thức phù hợp của áp suất riêng phần.
Ch nghi m d ng có ý ngh a v t lí:
Trong quá trình phân hủy methanol, ta có x = 0.λ25, tương đương với λ2.5% methanol được chuyển hóa thành hydrogen Số mol của các chất trong bình phản ứng là 22 + 2x, thay vì 2 + 2x Phương trình nhận được là x = 0.λ86, nghĩa là trong điều kiện đã cho, có λ8.6% methanol được chuyển hóa thành hydrogen Nhận được 3 mol hydrogen, cần tiêu thụ 53 kJ nhiệt Nhiệt này có thể tạo ra 0.22 mol hydrogen từ quá trình oxy hóa 53/(0.5糾485) Do đó, tỷ lệ hydrogen tạo thành từ phản ứng oxy hóa là (0.22/3)糾100% = 7.3%.
Hàm lượng deuterium (ký hiệu t x) trong mẫu hydrogen được xác định bằng cách tính toán xác suất của một phân tử methanol chứa nguyên tử hydrogen tại vị trí chọn lọc (ví dụ trong nhóm hydroxyl) và ba nguyên tử deuterium ở các vị trí còn lại Cụ thể, trong phân tử methanol có ba nguyên tử deuterium và một nguyên tử hydrogen, nguyên tử hydrogen có thể chiếm một trong bốn vị trí Do đó, công thức xác định hàm lượng methanol chứa ba nguyên tử deuterium và một nguyên tử hydrogen là: [(100-x)/100] * [x/100]^3 * 4 * 100%.
2 nguyên t deuterium (ho c hydrogen nh ) có th chi m 6 c p v trí khác nhau (1-2, 1-3, 1-4, 2-
3, 2-4, 3-4) Ph n tr m methanol v i 2 nguyên t deuterium và 2 nguyên t hydrogen nh là: [(100-x)/100] 2 糾[x/100] 2 糾6糾100%
Ta có t l : x = 6λ.λ, ngh a là có 6λ.λ % deuterium trong m u hydrogen ban đ u.
Cân b ng hóa h c
Ng tiêm ch a h n h p NO2 và N2O4 là một trong những công cụ thí nghiệm kinh điển trong chương trình hóa học phổ thông Trung Quốc Các lý thuyết và quan sát cho thấy thể tích của hỗn hợp khí giảm một nửa khi nhiệt độ tăng từ 288 K đến 311 K Hệ số cân bằng Kp của phản ứng N2O4(g) ⇌ 2NO2(g) tại hai nhiệt độ này lần lượt là 0.141 và 0.363.
1) N ng đ NO2đư t ng lên bao nhiêu l n sau khi b nén?
2) Các thí nghi m đ ng h c cho th y h n h p trên có th đ t t i cân b ng hóa h c ch sau vào micro-giây Khi đ h n h p khí nhi t đ phòng thì màu s c thay đ i nh th nào?
1) (1) cân b ng 298 K (V1, T1), áp su t riêng ph n c a N2O4(g) và NO2(g) là p1 và p2 p1 + p2 = 1atm (a)
Gi i h ph ng trình (a), (b)μ p1 = 0.688 atm p2 = 0.312 atm
Theo ph ng trình tr ng thái khí lí t ng: pT1 V1/ T1 = pT2 V2/ T2, ta có: pT2 = 2.087 atm, áp su t riêng ph n N2O4(g) là p1 = 1.436 atm, NO2 là p2 = 0.651 atm
Cân b ng s chuy n d ch, áp su t riêng ph n c a N2O4(g) gi m x (atm), NO2 gi m 2x (atm)
KP(311K) = [(p2 +2x)/p o ] 2 /[(p1-x)/p o ] = 0.363 (c) x = 0.0317 atm Áp su t riêng ph n khi cân b ng c a N2O4(g) là p1(311K) = 1.404 atm NO2 là p2(311K) 0.714 atm
T l n ng đ b ng t l áp su t riêng ph n, do đóμ p2(311K)/ p2(298K) = 0.714/0.312 = 2.29
2) Màu s c nh t d n, cho đ n khi m t màu hoàn toàn.
Cân b ng hóa h c
Phản ứng chuyển hóa 2NO2 ⇌ N2O4 là một phản ứng cân bằng hóa học có thể xảy ra theo nhiều cách Hệ thống cân bằng có Kp = 2.5 tại nhiệt độ 315 K, với nồng độ NO2 là 0.100 và N2O4 là 0.400 Để xác định lượng khí trong một bình chứa có piston, cần duy trì áp suất tĩnh của hệ thống là 1 bar (tương đương 100 kPa) trong quá trình chuyển động của piston.
1) Tính áp su t riêng ph n c a N 2 O4 và NO2khi h đ t cânb ng 2λ5 K
2) T ng nhi t đ lên 315 K Tính áp su t riêng ph n c a N2O4 và NO2 khi h đ t cân b ng
3) Tính t l th tích và t l s mol c a hai h 2λ5 K và 315 K
4) V n gi nguyên đi u ki n đ ng áp, ti p t c t ng nhi t đ thì áp su t riêng ph n c c đ i (v lí thuy t, b qua các ph n ng khác) c a NO2có th đ t t i là bao nhiêu?
Cân b ng phase khí
Các ch t khí A2 và B2đ c tr n v i nhau theo T l mol là 2:1 trong bình kín t i nhi t đ T1 Khi cân b ng A2(k) + B2(k) 2AB(k) đ c thi t l p thì s phân t d h ch trong pha khí b ng v i t ng s phân t đ ng h ch
1 Xác đnh h ng s cân b ng K1 cho cân b ng trên?
2 Xác đ nh T l c a s phân t d h ch và đ ng h ch khi h cân b ng n u l ng ch t ban đ u đ c tr n theo T l 1:1 v s mol t i nhi t đ T1
Để đạt được sự cân bằng thu được tại thời điểm A2:B2 = 2μ1 khi đun nóng, cần xác định lượng chất B2 cần thêm vào bình để cân bằng với lượng A2 và AB Tính toán này sẽ dựa trên tỉ lệ so với lượng ban đầu, nhằm đạt được trạng thái cân bằng tại nhiệt độ T1.
Xem xét hiệu suất phân ng =ncb(AB)/nmax(AB) nhằm xác định hàm của T l mol ban đầu A2:B2 x:1 tại một nhiệt độ nhất định (nmax là lượng tối đa thu được theo phương trình phân ng) Trả lời các câu hỏi sau theo cách định tính, không sử dụng tính toán cân bằng chính xác cho các câu 4, 5, 6.
T i x b ng bao nhiêu thì hi u su t đ t c c tr (c c đ i hay c c ti u)
5 Hi u su t đ t bao nhiêu khi a) x → ; b) x → 0
Xét T l bi n đ i A2:B2 = x:1 đi u ki n đ ng áp (áp su t t ng c ng h gi không đ i)
7 T i giá tr nào c a x thì l ng AB cân b ng đ t c c?
T l c a các phân t d h ch và đ ng h ch:
3 H ng s cân b ng m i K2 = K1/2 = 3,6 δ ng cân b ng: x = 0,25 mol = 25% l ng ban đ u c a B2đ c thêm vào
Xem xét hai hàm hợp ban đầu A2:B2 = x:1 và A2:B2 = 1/x:1 = 1:x cho thấy rằng cả hai trục hợp đều cân bằng ở cùng một hiệu suất Điều này dẫn đến việc (x) = (1/x) Khi x = 1, các hàm này trở thành điểm cực trị Để chứng minh điều này, ta xem xét sự đồng nhất khi gần giá trị x = 1 Nếu (x) tăng lên hoặc giảm xuống tại x = 1, thì tại hai phía của x = 1, hàm này sẽ có giá trị không đổi Do đó, (x) = const (nó là sự vô nghĩa hóa hợp), hoặc x = 1 là điểm cực trị.
5 a) T i x → là l ng vô cùng l n c a A2 s g n nh chuy n d ch cân b ng hoàn toàn A2 + B2
= 2AB sang ph i, và g n nh toàn b l ng B2 s chuy n thành AB, hi u su t đ t t i 1, (x →)
→ 1 b) T i x → 0 (1/x →) tr v tr ng h p a) n u ta hoán đ i A2 và B2, nó có ngh a là (x →0) →
6 T câu h i 5, cho phép ta k t lu n t i x = 1 thì hàm (x) có giá tr c c ti u, b i vì x = 0 ho c x
= thì giá tr hàm đ t c c đ i, giá tr là 1 M t cách đ nh tính, đ th đ c ch ra d i đâyμ
7 Gi s r ng t ng s mol c a A2 và B2 b ng 1, và T l mol c a A2:B2= x μ1 Khi đó, l ng đ u c a các ch t tham gia ph n ng là n(A2) = x/(x+1); n(B2) = 1/(x+1) i t vai trò nh nhau gi a
A2 và B2, khi cân b ng thì l ng AB s gi ng nhau có T l x và 1/x, đó đó x = 1 t ng ng đi m c c tr (c c đ i hay c c ti u), neq(AB)
N u x là r t l n (nh ) thì l ng ban đ u B2 (A2) s là r t nh và do đó s là neq(AB) Vì v y, l ng l n nh t c a AB s đ t đ c t i A2:B2 = 1:1 Tính toán cân b ng cho tr ng h p này nh sau:
Cân b ng trong máu
Trong quá trình hô hấp, sự trao đổi khí diễn ra liên tục Một người thường hít vào khoảng 500 ml không khí, trong đó 78% là nitơ, 21% là oxy và 1% là các khí khác, với tần suất khoảng 15 nhịp mỗi phút Để tính khối lượng oxy được tiêu thụ trong phổi trong 1 phút (ở áp suất 1.000 bar và nhiệt độ 37 độ C), cần xem không khí như một khí lý tưởng Khi đề cập đến một khí lý tưởng, bạn cần hiểu rằng nó tuân theo các định luật khí lý tưởng, cho phép tính toán chính xác các tham số như áp suất, thể tích và nhiệt độ.
1 phân t hemoglobin có th v n chuy n 4 phân t oxygen Theo Hill, s phân li c a Hb di n ra theo ph ng trình sauμ
Trong tr ng h p hemoglobin, h s Hill có giá tr 2.80 bưo hoà th hi n ph n tâm b chi m b i oxygen và đ c đ nh ngh a b i bi u th c:
Trong máu c a t nh m ch (tr c khi vào ph i) p(O2) = 0.0533 bar, trong máu c a đ ng m ch sau khi r i ph i, p(O2) = 0.133 bar c) Tính đ bão hoà c a hemoglobin trong máu c a đ ng m ch và t nh m ch
1 lít máu chứa 150 g hemoglobin, với khối lượng mol của hemoglobin là 64500 g/mol Sử dụng định luật Boyle, có thể tính toán thể tích O2 có thể được hòa tan trong 1 lít máu ở điều kiện thân nhiệt 37 độ C và áp suất 1 bar Đồng thời, cần tính phần trăm oxygen được giải phóng trong máu.
Mỗi ngày, cơ thể cần khoảng 8000 kJ năng lượng Trong quá trình oxi hóa sinh học của chất béo, mỗi mol oxy giải phóng khoảng 400 kJ năng lượng Để tính lượng máu bơm vào tim theo lít mỗi phút, cần xem xét tổng năng lượng nhận được từ quá trình oxi hóa chất béo và nồng độ máu trong động mạch, từ đó thực hiện các phép tính cần thiết.
H ng d n a) n = 61.1ã10 -3 mol m = 1.96 g O2 b) 1 Các h t không có th tích; 2 Không có l c liên phân t art = arteries (đ ng m ch)ν ven = veins (t nh m ch) f) δ ng tiêu th (O2) = 20 mol/ngày δ u l ng máu = (20 mol/ngày) / (
Nhi t đ ng h c c a silicon dioxide
Silicon dioxide (SiO2) là khoáng chất phổ biến nhất trong vỏ trái đất Khi được đun nóng ở nhiệt độ cao trên 1000 °C, SiO2 sẽ phân hủy thành silicon monoxide (SiO) và oxy (O2) Ở nhiệt độ 1300 °C, hằng số cân bằng Kp của phản ứng này là 3.9 x 10^-15 mbar^3 Bảng dưới đây cung cấp các dữ liệu về nhiệt độ và áp suất của SiO2, SiO và O2 tại các nhiệt độ khác nhau.
Enthalpy tiêu chuẩn ∆Hf của oxygen khác 0 mặc dù nó là một nguyên tố đơn chất Tính toán ∆HR, ∆SR, và ∆GR cho phản ứng (R) ở các nhiệt độ 800, 1000 và 1200 độ C cho thấy đây là phản ứng tỏa nhiệt Hằng số cân bằng Kp của phản ứng cũng cần được tính toán ở các nhiệt độ trên Đối với SiO, áp suất riêng phần của nó tại cân bằng khi SiO2 được đun nóng đến 1300 độ C trong chân không cũng cần được xác định Cuối cùng, SiO có thể được tổng hợp mà không cần oxygen thông qua phản ứng hóa học cụ thể, và cần viết phương trình phản ứng cho quá trình này.
H ng d n a) Theo đ nh ngh a, enthalpy t o thành chu n ∆Hf 0 ( 298.15 K và 1013 mbar) c a đ n ch t b ng
0 Tuy nhiên, enthalpy t o thành c a oxygen trong tr ng h p này đ c xác đnh nhi t đ khác b) Áp d ng công th c sau v i các nhi t đ khác nhau:
∆HR= 2 ∆Hf(SiO) + ∆Hf(O2) - ∆Hf(SiO2)
Thu đ c các giá tr sau (chú ý đ n đ n v , chuy n nhi t đ thành Kelvin)
Phản ứng thu nhiệt thứ hai, khi ∆HR > 0, cho thấy rằng hệ thống cần hấp thụ nhiệt để duy trì cân bằng Hằng số cân bằng nhiệt độ Kth có thể được tính theo công thức ∆G = -RTlnKth Hằng số cân bằng Kp liên quan đến phản ứng được đề cập.
Kp = Kpãp0 ∆n = Kth ã p0 3 = Kth ã (1013 mbar) 3
V i ∆n = 3, b i ch các ti u phân khí đ c xét đ n Các giá tr nh n đ c là: d) Theo ph ng trỡnh ph n ng, p(SiO) = 2ãp(O2) t p(O2) = x và p(SiO) = 2x
Kp = p(SiO) 2 ã p(O2) = (2x) 2 ã x = 4x 3 e) SiO khí có th đ c t o thành trong ph n ng đun nóng h n h p c a Si r n và SiO2 r n:
SiO khí c ng có th đ c t o thành b ng cách d n oxygen trên Si r n nhi t đ cao:
Nhi t hóa h c c a các xylene
Các xylene (dimethylbenzene) được tạo thành từ naphtha, phân đoạn trung bình của dầu mỏ Chúng là nguyên liệu đầu vào quý giá để sản xuất các vật liệu nhựa Bởi hàm lượng tự nhiên của các xylene chỉ khoảng vài phần trăm, nên các phân đoạn naphtha tham gia vào quá trình reforming, trong đó các hydrocarbon được chuyển hóa thành bậc vòng hóa và dehydrogen hóa Khi 1 mol p-xylene bị đốt cháy, sẽ giải phóng 4551.4 kJ/mol ở áp suất không đổi và các điều kiện chuẩn.
Ngành công nghiệp phân xylene đáp ứng nhu cầu đa dạng, trong đó p-xylene chiếm ưu thế cao nhất, tiếp theo là o-xylene và m-xylene Quá trình phân hóa các xylene diễn ra trong pha khí với sự tham gia của các xúc tác acid Lewis, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất Để tính toán enthalpy tiêu chuẩn ∆Hf 0 và entropy tiêu chuẩn ∆S 0 của phản ứng chuyển hóa o-xylene thành p-xylene ở nhiệt độ T = 500 K, cần lưu ý rằng các giá trị nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào nhiệt độ Cuối cùng, việc tính phân trữ các đồng phân xylene trong hỗn hợp cân bằng tại T = 500 K cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.
Trong quy trình công nghiệp, xúc tác acid zeolite được sử dụng để phân hóa các phân tử Chúng có cấu trúc với các kênh dài và đường kính đặc trưng, cho phép các phân tử para khuếch tán nhanh chóng vào và ra khỏi xúc tác, trong khi các phân tử khác vẫn bị giữ lại bên trong Nhờ vào đặc tính này, phân đoạn p-xylene có thể đạt được hiệu suất lên đến 80% Nguyên lý nào được áp dụng trong quá trình này?
H ng d n a) C8H10 + 10.5O2吟 8CO2 + 5H2O b) c) Enthalpy t o thành c a các xylene khí T = 500 K có th đ c tính t các giá tr chu n theo s đ sau:
T ng t ph ng trình trên, ph ng trình sau có th đ c áp d ng v i các entropy c a các xylene khí:
Enthalpy ph n ng đ ng phân hóa có th đ c tính nh sauμ ortho-xylene para-xylene d) Enthalpy ph n ng meta-xylene para-xylene có th đ c tính theo các t ng t :
Các giá tr sau là bi n thiên n ng l ng Gibbs t do c a hai ph n ng:
H ng s cân b ng c a các ph n ng đ ng phân hóa:
Thành ph n h n h p cân b ng 500 K là: